автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Оценка влияния эксплуатационных факторов на эффективность работы поглощающих аппаратов автосцепки

На правах рукописи

005009243

ЖИРОВ ПАВЕЛ ДМИТРИЕВИЧ

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ПОГЛОЩАЮЩИХ АППАРАТОВ АВТОСЦЕПКИ

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 0ЕВ Ж

Брянск 2012

005009243

Работа выполнена на кафедре «Динамика и прочность машин» ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет».

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Болдырев Алексей Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Михальченко Георгий Сергеевич

кандидат технических наук, доцент Евельсон Лев Игоревич

Ведущее предприятие:

ОАО «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава» (ОАО «ВНИКТИ»), г. Коломна

Защита состоится «28» февраля 2012 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.021.04 при Брянском государственном техническом университете (БГТУ) по адресу: 241035, Брянск, бульвар 50-летия Октября, 7, ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет».

Отзывы на автореферат просим направлять в диссертационный совет по адресу: 241035, Брянск, бульвар 50-летия Октября, 7.

Автореф ерат разослан <ф» января 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

С.Л. Эманов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Железнодорожные грузоперевозки занимают важное место в транспортной системе Российской Федерации. Увеличение объемов перевозок в последние годы привело, соответственно, к повышению масс грузовых вагонов и поездов. Увеличились и скорости соударения вагонов при маневровых операциях на сортировочных горках. Все это существенно повысило уровень продольных сил, действующих на вагоны, и, как следствие, привело к увеличению количества их поступлений в ремонт.

Основным элементом конструкции вагона, обеспечивающим снижение уровня действующих на него продольных сил в эксплуатации, является амортизатор удара - поглощающий аппарат автосцепки. В настоящее время на отечественном железнодорожном транспорте разрабатываются и внедряются новые более эффективные поглощающие аппараты автосцепки, в конструкциях которых предусмотрено использование рабочих элементов из полимерных и эла-стомерных материалов. Аналогичная ситуация наблюдается и за рубежом, где также внедряются такие аппараты.

Опыт эксплуатации поглощающих аппаратов с деталями из полимерных и эластомерных материалов показывают, что характеристики аппаратов существенно зависят от ряда эксплуатационных факторов: температуры окружающей среды, скорости нагружения, релаксации полимеров и др. Влияние указанных факторов на эффективность работы новых поглощающих аппаратов до сих пор изучено недостаточно. Особенно остро стоит вопрос о влиянии температуры окружающей среды на работу элементов из полимеров и характеристики аппаратов. Так же не исследовано влияние релаксации полимерных элементов и скорости их нагружения на работу поглощающих аппаратов. Недостаточно изучено влияние фактора износа деталей аппарата на его характеристики.

Учет влияния эксплуатационных факторов важен с точки зрения создания новых перспективных поглощающих аппаратов автосцепки, а также позволяет более точно оценить продольную нагруженность грузового вагона и эффективность работы поглощающих аппаратов. В связи с этим исследования, направленные на изучение влияния эксплуатационных факторов на эффективность работы современных поглощающих аппаратов автосцепки, являются актуальными.

Целью работы является оценка влияния эксплуатационных факторов на эффективность работы поглощающих аппаратов автосцепки.

Для достижения цели исследования были поставлены и решены следующие задачи:

1. Проведен комплекс статических и динамических испытаний поглощающих аппаратов и их элементов с целью оценки влияния эксплуатационных факторов.

2. Разработаны уточненные математические модели поглощающих аппаратов, учитывающие эксплуатационные факторы. Проведена идентификация параметров моделей и проверена их адекватность по данным испытаний.

3. Смоделированы и рассчитаны маневровый и поездные режимы при воздействии эксплуатационных факторов.

4. Исследованы показатели работы поглощающих аппаратов с учетом эксплуатационных факторов.

5. Используя полученные данные, откорректированы статистические распределения нагрузок, действующих на вагон в процессе эксплуатации.

6. Разработана и реализована методика расчета параметрической надежности поглощающего аппарата с учетом эксплуатационных факторов.

Методика исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования, реализуемые на современных ЭВМ, методы теории вероятности и математической статистики.

Для оценки влияния эксплуатационных факторов и идентификации параметров математических моделей проведен ряд экспериментов при участии автора. Регистрация, анализ и обработка экспериментальных данных выполнена математико-статистическими методами с использованием современной измерительной аппаратуры и программных комплексов.

Расчет параметрической надежности основан на использовании статистического моделирования и теории экстремальных функций.

Научная новизна исследований, приведенных автором и выносимых на защиту, заключается в следующем:

1. Разработаны уточненные математические модели современных поглощающих аппаратов, учитывающие влияние температурного фактора, скорости, релаксации полимеров и времени эксплуатации.

2. Дана оценка влияния эксплуатационных факторов на эффективность работы поглощающих аппаратов при маневровых соударениях и переходных режимах движения поезда.

3. Разработана методика расчета параметрической надежности поглощающих аппаратов, отличительной особенностью которой является учет эксплуатационных факторов и установление связи показателя надежности со временем эксплуатации.

На защиту выносятся;

1. Математические модели поглощающих аппаратов, учитывающие эксплуатационные факторы.

2. Методика моделирования эксплуатационной нагруженное™ вагона.

3. Результаты расчетов влияния факторов эксплуатации на работу поглощающих аппаратов при маневровых операциях и переходных режимах движения поезда.

4. Уточненное статистическое распределение продольных усилий, действующих на грузовой вагон.

5. Методика расчета параметрической надежности поглощающего аппарата с учетом эксплуатационных факторов.

Практическая ценность.

1. Использование разработанных в диссертации математических моделей и расчетных данных позволяет сократить сроки проектирования современных по-

глощающих аппаратов за счет снижения объема экспериментальных исследований.

2. Результаты работы могут быть использованы при расчетах нагруженно-сти различных типов вагонов и поглощающих аппаратов.

3. Рассчитана параметрическая надежность поглощающего аппарата ПМКП-110 при воздействии различных эксплуатационных факторов.

4. Методика расчета параметрической надежности может быть использована как для существующих, так и для перспективных поглощающих аппаратов.

Достоверность результатов обеспечивается корректной постановкой задачи исследования, обоснованностью математических моделей, применением известных математических методов; подтверждается качественными и количественными согласованиями результатов теоретических и экспериментальных исследований, полученных лично автором и другими исследователями.

Апробаиия работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Наука и производство-2009» (г. Брянск, 2009), II и III международных научно-практических конференциях «Достижения молодых учёных в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» (г. Брянск, 2010 и 2011), III Региональной научно-практической конференции молодых исследователей и специалистов «Проведение исследований по приоритетным направлениям современной науки для создания инновационных технологий» (г. Брянск, 2011), XXIII Международной инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов (г. Москва, 2011), а также на научных семинарах кафедры «Динамика и прочность машин» ФГБОУ ВПО «БГТУ» (г. Брянск, 2009 - 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы, включающего 151 наименование. Общий объем диссертации составляет 131 страницу, включая 87 рисунков, 16 таблиц и 1 приложения на двух страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение. Обоснована актуальность работы, изложены ее научная новизна и практическая значимость, приведена краткая характеристика работы.

В первой главе изложен обзор работ по исследованию межвагонных амортизирующих устройств и продольной нагруженное™ вагона, дан обзор современных поглощающих аппаратов автосцепки, сформулированы цели и задачи исследования.

В области исследования поглощающих аппаратов автосцепки основополагающее значение имеют работы заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, профессора, доктора технических наук Л.Н. Никольского и его ученика, заслуженного деятеля науки и техники РФ, профессора, доктора технических наук Б.Г. Кеглина.

Исследование факторов, определяющих работоспособность автосцетюго устройства, были выполнены Н.Г. Беспаловым, C.B. Вертинским, Б.Г. Кегли-ным, H.A. Костиной, В.А. Котиковым, JI.H. Никольским, H.A. Семиным.

Особенно актуальными являются труды последнего времени, представляющие теоретические и экспериментальные исследования современных типов амортизаторов удара, которым посвящена данная диссертация. Среди них работы: Н.С. Бачурина, А.Г. Белоусова, В.И. Беляева, C.B. Беспалько, А.П. Болдырева, С.А. Горячева, A.M. Гурова, A.B. Иванова, Б.Г. Кеглина, Т.Н. Прилепо, Д.А. Ступина, П.Ю. Шалимова, А.П. Шлюшенкова, И.Б. Феоктистова и др.

Учеными ОАО «ВНИИЖТ» разработаны нормативно-технические документы, касающиеся создания новых конструкций, испытаний, эксплуатации и ремонта поглощающих аппаратов.

Большое количество научных исследований, посвященных амортизирующим устройствам старого и нового типа, к сожалению, не отвечает на ряд вопросов, возникающих в связи с применением перспективных полимерных и эластомерных материалов, а также новых пар терния. Во всех работах мало внимания уделяется влиянию эксплуатационных факторов на работу амортизаторов удара. Расчет параметрической надежности поглощающих аппаратов проводится в квазистатической постановке, не связанной со временем эксплуатации.

Значительный вклад в развитие исследований по продольной динамике вагона и поезда представляют работы Е.П. Блохина, C.B. Вертинского, П.Т. Гре-бенюка, В.В. Коломийченко, В.А. Лазаряна, JI.A. Манашкина, ДА. Мугин-штейна, C.B. Мямлина, H.A. Панькина, Б.Л. Стамблера, П.А. Устича, В.Д. Хусидова и др.

Для оценки влияния параметров современных амортизаторов удара на продольную динамику поезда используются результаты широких статистических обследований условий эксплуатации вагонов и методы расчетного моделирования эксплуатационной нагруженности, приведенные в работах А.П. Болдырева, А.И. Гореленкова, Л.Н. Никольского, Б.Г. Кеглина, H.A. Костенко, H.A. Костиной, A JI. Лисицына, Л.А. Манашкина, А.Г. Нетеса, В.М. Руданов-ского, H.A. Семина, Г.А. Сендерова, О.В. Фетисова, Л.А. Шахнюка и др.

Все перечисленные работы, посвященные динамике вагона и поездов, несмотря на достаточную широту охвата, не учитывают особенности работы появившихся в последнее время и захвативших рынок полимерных и эластомерных поглощающих аппаратов автосцепок.

Учитывая вышесказанное, сформулированы цели и задачи исследования.

Объектом исследования в диссертационной работе являются современные поглощающие аппараты класса Т1 ПМКП-110, РТ-120, относящиеся к фрикци-онно-полимерным, и ПМКЭ-110 класса Т2, являющийся фрикционно-эластомерным поглощающим аппаратом. Основные результаты, изложенные в диссертационной работе, относятся к поглощающему аппарату ПМКП-110 (рис. 1), разработанного ООО «НПП Дипром» совместно с ООО «ПК БСЗ». Аппарат содержит корпус (поз. 1 рис. 1), в котором расположен нажимной ко-

нус (поз. 5), фрикционные клинья (поз. 4), контактирующие с опорной плитой (поз. 6), подвижные фрикционные пластины (поз. 3), неподвижные фрикционные пластины (поз. 2) с износоустойчивыми металло-керамическими элементами. Плита опирается на комплект из пяти упру-

5

4

3

2 10

гих

полимерных

Рис. I. Поглощающий аппарат ПМКП-110

элементов (поз. 8), разделенных центрирующими пластинами (поз. 10).

Опорный упругий элемент (поз. 7) имеет увеличенную высоту и диаметр отверстия. Аппарат удерживается в сборе стяжным болтом с гайкой (поз. 9).

При расчетах использовались данные по износу фрикционной части поглощающего аппарата ПМКЭ-110. Результаты расчетов и разработанные методики распространяются на аппараты, сходные по конструкции с описанными.

Во второй главе приведена методика моделирования эксплуатационной нагруженности вагона, рассмотрены основные эксплуатационные факторы (температура окружающей среды, фактор скорости, релаксация полимеров и фактор износа), влияющие на работу современных поглощающих аппаратов, представлена методика математического моделирования эксплуатационных факторов. Приведено экспериментальное и теоретическое исследование факторов эксплуатации, дано их математическое описание и рекомендации по внедрению в математические модели поглощающих аппаратов.

Методика математического моделирования эксплуатационной нагруженности вагона предусматривает:

1. Теоретические исследования влияния факторов эксплуатации и получение математических описаний воздействия факторов.

2. Планирование и проведение экспериментов для определения влияния фактора.

3. Построение математических описаний эксплуатационных факторов с учетом данных экспериментов.

4. Внедрение математических описаний эксплуатационных факторов в математическую модель поглощающего аппарата.

5. Идентификация параметров математических моделей и проверка адекватности.

6. Формирование режимов эксплуатации:

маневровые соударения на сортировочных горках; поездные режимы.

7. Расчет показателей эффективности.

Основными факторами эксплуатации, влияющими на работу фрикционно-полимерных аппаратов, являются: масса вагона и количество вагонов в сцепе; температурный фактор; скорость соударения; релаксация полимера; фактор износа.

Для изучения влияния эксплуатационных факторов и построения их математических описаний планировался и проводился комплекс экспериментальных исследований, включающий: статические (квазистатические) испытания; динамические ударные испытания; климатические; ресурсные.

Проверка адекватности математических моделей осуществлялась с помощью F-критерия (Фишера).

При формировании режимов эксплуатации маневровые операции моделировались как удар вагона в неподвижный упор, что аналогично соударению двух вагонов с одинаковыми поглощающими аппаратами. Вагон описывался двухмассовой расчетной схемой. Система дифференциальных уравнений динамического процесса соударения имеет вид:

тЛ + Р{хь хг) - ср(х2 - xj - /?р0'2 - = 0; т2х2 + ср(х2 - хг) + /?р(х2 - хг) = 0, где ср - динамическая жесткость вагона; Д,, - динамическая вязкость вагона; mi - приведенная масса поглощающего аппарата и части хребтовой балки; т2-масса вагона; хх— перемещение поглощающего аппарата; х2 - перемещение вагона; Р(х 1( ij) - силовая характеристика аппарата.

В расчетах использовалась математическая модель поглощающего аппарата ПМКП-110:

ri/j1(x)i1F(,x,x') при л: < а,х > 0; ip2(x)i1F(x,x) при х > а,х > 0; ••) _ \ с(х - Хтах) + *Рг(х')нР(.х,х) при х > хтах,х > 0;

Р(.х,х) - Wpti^fXx, х) при хтах2 — я < х < Хтах2,х < 0; Ip2p(*)iiF(x,x) при X < хтах2 - а,х < 0; s{x - хтах) + \p2v(x)ixF(x,x) при х > хтах,х < 0, где х - ход аппарата; х - скорость массы т¡; а - ход первой ступени; i- коэффициенты передачи; с - жесткость корпуса аппарата; ij- коэффициент передачи при отсутствии трения; хтах - максимальный ход аппарата; хтах2 - максимальный ход аппарата, достигнутый в данной ситуации; F(x,x) - динамическая характеристика подпорной части аппарата.

При моделировании поездных режимов рассматривались пуск поезда, полное служебное торможение и экстренное торможение. Расчеты осуществлялись в программном комплексе «Train». Рассматривались короткие (3700 т), средние (5500 т) и тяжеловесные поезда (10000 т).

Расчетная схема поезда представлена на рис. 2.

Динамический процесс движения поезда описывается системой дифференциальных уравнений:

(ти-гхх-г + Р21-г - Ри-г ~ Ь = 0 _

Ьпг^ + Р21-Р21-г = 0 1,71 + 1),

Рп-1 = (Д*21-1 +

Дхк = - при (/с = 1,2п),

где и - число вагонов поезда; Р] - сумма внешних сил, действующих на экипаж; х* - абсолютное перемещение к-й массы; с„ и?/ - параметры расчетной модели /го вагона; Рд = Р;,(х,„ , у,„ ,) - силовая характеристика межвагонной связи, учитывающая наличие зазоров в автосцепном устройстве и эксплуатационные факторы.

Эффективность работы поглощающих аппаратов автосцепки определяется детерминированными и стохастическими показателями, к которым можно отнести: максимальные силы (ускорения); энергоемкость и полноту силовых характеристик; блоки спектра продольных нагрузок; показатели надежности; критерии эффективности, связанные с различными видами отказов.

Для сравнения работы и оценки влияния параметров современных амортизаторов удара на нагруженность вагонов используются критерии эффективности: /„б (обобщенный критерий эффективности амортизатора удара грузового вагона), /уст (критерий усталостных повреждений элементов вагона),/п в.(крите-рий условной повреждаемости вагона от единичных перегрузок), а также вероятность параметрического отказа (превышение допустимой нагрузки).

Обобщенный критерий эффективности амортизатора удара грузового вагона определяется:

/об = /уст Кп.вУп.в.'

где Ууст» /п.в. - составляющие обобщенного критерия, относящиеся к различным видам отказов,

;

/

уст

¡=1

где гс, - число нагружений продольными силами Л; т' - параметр кривой усталости;

Упл, = ~ Рп)2пка0(Рк - Рп)

к=1

где пк - число нагружений вагона силой Рк; Рп - пороговая сила удара, превышение которой приводит к смещению груза; сг0 - единичная функция Хэвисай-да; уп в - весовой коэффициент.

Температурный фактор является наиболее актуальным для России и наиболее влияющим на характеристики современных поглощающих аппаратов. Это обусловлено территориальными особенностями России (находится в различных климатических зонах, большой разброс температур окружающей среды в течение года). Наиболее подверженными температурному фактору являются полимерные и эластомерные элементы современных поглощающих аппаратов. На рис. 3. приведены силовые характеристики подпорного полимерного блока поглощающего аппарата ПМКП-110 для различных значений температур, полученные экспериментальным путем.

Рис. 3. Статические силовые характеристики подпорного комплекта аппарата ПМКП-110 для различных температур

По данным экспериментов построено математическое описание силовой характеристики полимерного подпорного блока поглощающего аппарата автосцепки ПМКП-110, учитывающее температурный фактор:

Г„(дс) = ах(х + х0) + а2(х + х 0)2 + а3(х + х0)3 + а4(х + х0)4 + а50 + х0)5,

где х0 - начальная затяжка аппарата, а,, а2, а3, а4, а5 - коэффициенты, зависящие от температуры окружающей среды Г:

Я!(Г) = -4,312 - 65,7Т + 7,бСГ2 + ОДТ3, а2(Т) = -93161 + 1978,1Т - 211,5Т2 - 2,2Г3 - ОДГ4, а3(Т) = -692045 - 19347,57' - 2136.6Г2 + 22,4Г3 - 1,ЗГ4, а4(Г) = 2241750 + 78099Г - 9140Г2 - 97,7Г3 + 5,7Г\ а3(Г) = -2114617 - 111465Г + 13902Г2 + 152Г3 - 8,2Г4,

Зависимости коэффициентов от температур включались в силовую характеристику подпора и, соответственно, в математическую модель аппарата ПМКП-110.

Модель прошла проверку адекватности по Р-критершо (дисперсия адекватности меньше средней дисперсии воспроизводимости 52(у) (13,3 МН < 97,4 МН2)). Проведена проверка адекватности по максимальной силе - погрешность не превышает 5%, по максимальному ходу -1%.

Влияние скорости соударения является давно изучаемым эксплуатационным фактором, но остается неизученным вопрос о влиянии скорости соударения на характеристики современных полимерных элементов. В ходе теоретических исследований было выявлено, что полимерные материалы, используемые в современных поглощающих аппаратах, достоверно описываются механической моделью Кельвина-Фойгта (параллельное соединение пружины и демпфера). В соответствии с моделью построено математическое описание.

Р(х, х) = + ^„„(х),

где Рст(х) - статическая силовая характеристика «пружины» в модели, представленная полным полиномом пятой степени; РЛин(х) - динамическая силовая характеристика демпфера. Для определения Рш(х) и Р0хш(х) автором были проведены испытания полимер-

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 х, м НЫХ ПОДПОрнЫХ бло-

Рис. 4. Силовые характеристики подпорного полимерно- ков. На рис. 4 приве-го блока при различных скоростях: дены статическая и

— статика, ••• скорость соударения 0,68 м/с, динамические харак-

- - - скорость соударения 1,59 м/с теристики при раз-

личных скоростях.

По полученным экспериментальным данным построена математическая модель полимерного подпорного блока, учитывающая как начальную скорость соударения v0, так и текущее значение скорости х:

Рвш = аОо -х)-Ъ, где а = 101,2х3 - 30,66х2 + 3,982* - 0,062, Ъ = 0,0083е24*, х - текущее перемещение, м.

Модель прошла проверку адекватности по Р-критерию. Погрешность по максимальной силе не превышает 6%, по максимальному ходу - 1%.

Релаксация полимеров - это процесс установления статического равновесного состояния в системе. Разделяют релаксацию напряжений и релаксацию деформации.

Релаксация напряжений приводит к падению напряжений со временем после прекращения деформирования. Для оценки падения напряжений в подпорном полимерном блоке поглощающего аппарата был проведен эксперимент, в результате которого установлено, что за промежуток времени 3 года существенного падения напряжений не произошло.

Релаксация деформаций происходит при достаточно малом времени между нагружениями и проявляется в виде накопления остаточных деформаций. Релаксация деформаций по модели Кельвина-Фойгта описывается зависимостью:

£ = £0ехр(-^),

где т- время релаксации системы, т.е. время, в течение которого деформации в системе уменьшатся в е (2,718) раз, £0 - относительная начальная деформация, гр - время между двумя последовательными нагружениями.

Для определения зависимости остаточной деформации от временных промежутков между двумя последовательными нагружениями автором было проведено экспериментальное исследование, в результате которого получена зависимость максимальной деформации от времени между нагружениями (рис. 5), а также зависимость снижения начальной затяжки аппарата от времени между нагружениями:

*о = Ня[1-Еоехр(-^)]>

где х0 - начальная затяжка аппарата, Нк - высота комплекта полимерных элементов, гр - время между нагружениями, мин.

При повторных ударах для полимерных поглощающих аппаратов автосцепки фактор релаксации полимера целесообразно учитывать, как снижение начальной затяжки аппарата.

Влияние фактора износа. Фрикционные пары трения, используемые в современных поглощающих аппаратах (ПМКП-110, ПМКЭ-110, РТ-120), подвержены износу. В диссертации рассмотрено влияние фактора износа на характеристики поглощающего аппарата ПМКП-110, содержащего 10 пар трения. Наиболее изнашиваемыми являются пары трения, обеспечивающие поглощение энергии на рабочем ходе аппарата - это поверхности подвижных и неподвижных пластин. Для оценки интенсивности износа при участии автора про-

Рис. 5. Зависимость деформации блока полимерных элементов от времени между нагружениями

водились экспериментальные исследования, по данным которых построена зависимость суммарного износа от времени эксплуатации (рис. 6) и зависимость падения начальной затяжки от времени эксплуатации:

Дх = 0,541 Гэ + 1,35 (мм),

где Тэ - время эксплуатации поглощающего аппарата, год.

Полученная зависимость вводилась в математическую модель поглощающего аппарата ПМКП-110.

В третье главе дана оценка влияния факторов эксплуатации на эффективность работы поглощающих аппаратов при маневровых операциях и поездных режимах; рассчитано статистическое распределение продольных сил, действующих на грузовой вагон, с учетом эксплуатационных факторов; выполнена сравнительная оценка критериев эффективности; разработана и апробирована методика расчета параметрической надежности поглощающих аппаратов с учетом эксплуатационных факторов.

В процессе расчетов маневровых операций варьировались следующие эксплуатационные факторы: температура окружающей среды, скорость соударения, масса вагонов, срок эксплуатации и время между соударениями вагонов. Для описания силовой характеристики аппарата Р(х,х) использовались уточненные модели, приведенные в главе 2. Расчеты проводились для вагонов, оборудованных поглощающими аппаратами ПМКП-110.

В результате расчетов было установлено:

1. При массе вагона более 60 тонн роспуск с горок со скоростями выше 9 км/ч и при температуре ниже -40 °С приводит к значительным превышениям силы на вагоне уровня 3 МН.

2. Наибольшие силы возникают при температуре -60°С (свыше 4 МН). Это связано с повышением жесткости полимера. Для поглощающего аппарата ПМКП-110 уменьшение энергоемкости при этом не превышает 18%, что соответствует требованиям ОСТ 31.175-2001.

3. При высоких скоростях большие силы (более 3 МН) возникают и при температурах выше +40°С, так как при таких температурах аппарат становится «мягче» (уменьшается жесткость полимерного материала), соответственно, он начинает закрываться (в работу вступает корпус аппарата - происходит жесткий удар) при меньших скоростях, что приводит к росту силы.

4. Модель, используемая ранее, достоверно описывает работу аппарата при температуре от 0 °С до +10 °С, в случае низких и высоких температур силы, рассчитанные по уточненным моделям, могут отличаться на 10-26%.

Рис. 6. Зависимость суммарного износа от времени эксплуатации

5. Фактор износа незначительно влияет на характеристики поглощающего аппарата: это объясняется стабильностью свойств металлокерамических элементов при износе. Однако при неблагоприятном сочетании эксплуатационных факторов (большая скорость и масса) сила на аппарате в первый год эксплуатации не превышает 2.5 МН, а сила на изношенном аппарате (16 лет эксплуатации) превышает 3 МН.

6. Релаксация полимеров несущественно влияет на уровень сил. Однако при неблагоприятном сочетании факторов и коротком времени между соударениями может приводить к значительному увеличению сил.

В результате исследования поездных режимов были сделаны следующие выводы:

1. При низких температурах значения сил как при трогании поезда, так и при любом виде торможения лежат выше, чем при более высоких. Разница составляет 12-18% для коротких и средних составов, 3-20% - для ддинносостав-ных поездов.

2. При увеличении срока эксплуатации также наблюдается увеличение уровня сил. Особенно значительны отличия при экстренном торможении коротких и средних поездов (повышение сил при значительном износе до 29%).

Исследовано влияние эксплуатационных факторов на статистическое распределение продольных нагрузок, действующих на грузовой вагон. Сравнение с ранее рассчитанным спектром приведено на рис. 7.

частость 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0

чО

ЧО ..................я£»

.. ... .......£........О...........

Г4

© О т ю 2 о = о г- го 1Г/ О о Д ©

о О О О © о"

менее 0,4 МН 0,4-1,2 МН 1,2-2,0 МН 2,0-2,8 МН 2,8-3,6 МН более 3,6 МН

максимальные силы Рис. 7. Статистическое распределение экстремумов сжимающих сил, действующих, на вагон при маневровых соударениях: - с учетом эксплуатационных факторов: | - без учета эксплуатационных факторов

Откорректированный спектр может быть использован для уточненных оценок нагруженности, а так же для сравнения различных поглощающих аппаратов.

Полученные статистические распределения использованы для расчета показателей эффективности работы поглощающих аппаратов, в табл. 1 представлены результаты исследования для поглощающего аппарата ПМКП-110.

Таблица 1

Сравнение критериев эффективности с учетом и без учета влияния _температуры и времени эксплуатации _

Учет факторов /об» усл. ед Лет, усл. ед 7п.ь, Усл. ед

Без учета факторов 5855 5650 0,2932

С учетом факторов 6767 6467 0,4290

Различия, % 13,5 12,6 31,7

Данные расчетов показали, что учет эксплуатационных факторов приводит к повышению значения критериев эффективности, для )о6 это повышение составляет 13,5%.

Для оценки эффективности функционирования поглощающих аппаратов используются показатели параметрической надежности.

Одним из показателей параметрической надежности является вероятность безотказной работы. До недавнего времени параметрическая надежность оценивалась в квазистатической постановке, вероятность безотказной работы определялась при однократном соударении вагонов, при этом фактор времени эксплуатации не учитывался.

В диссертации разработана методика расчета параметрической надежности, отличительной особенностью которой является учет эксплуатационных факторов (температуры, износа и др.) и установление связи показателя надежности (вероятности безотказной работы) со временем эксплуатации. Методика основана на использовании статистического моделирования и теории экстремальных значений.

Основные положения методики:

1. Рассматриваются соударения вагонов только при маневровых операциях, так как именно в этих ситуациях возникают наибольшие продольные силы.

2. Поглощающий аппарат представляется как восстанавливаемый объект.

3. Параметрические отказы рассматриваются как перемежающиеся (многократные сбои).

4. Расчет выполняется в форме вычислительного эксперимента.

5. Для оценки надежности используется теория экстремальных значений, согласно которой распределение абсолютных максимумов сил за заданный период эксплуатации описывается одним из теоретических законов.

Алгоритм расчета параметрической надежности включает:

1. Формирование расчетных ситуаций, определяющих условия вычислительных опытов, и оценка их вероятностей.

2. Моделирование расчетных ситуаций и расчет продольных сил с учетом их рассеяния (вероятности появления).

3. Оценка максимальных продольных сил, возникающих в расчетных ситуациях.

4. Формирование выборок (реализаций) максимальных продольных сил за заданный период эксплуатации.

5. Оценка абсолютных максимумов сил в выборках.

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

6. Выбор) закона распределения абсолютных максимумов сил. Определение параметров выбранного закона.

7. Оценка параметрической надежности поглощающего аппарата для заданного нормированного уровня силы и периода эксплуатации.

Апробация методики была выполнена для фрик-ционно-полимерного аппарата ПМКП-110.

На рис. 8 представлены зависимости вероятности безотказной работы поглощающего аппарата ПМКП-110 от температуры окружающей среды при наработке, равной 100 маневровым операциям, для нормированного уровня силы 3,5 МН.

•

5

1

1

-40

-20

40 Т, °С

Рис. 8. Зависимость вероятности безотказной работы поглощающего аппарата ПМКП-110 от температуры (я = 100, =3,5 МН)

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В

результате проведенных исследований решена актуальная научно-практическая задача по оценке влияния эксплуатационных факторов на эффективность современных амортизаторов удара.

1. Разработаны математические модели полимерных амортизаторов, учитывающие влияние температурного фактора. С целью идентификации параметров математических моделей проведены статические испытания полимерных подпорных блоков и получены силовые характеристики. Проведена проверка адекватности модели по максимальной силе (погрешность не превышает 5%) и максимальному ходу (погрешность не превышает 1%). Математические модели прошли проверку адекватности по Р-критерию.

2. Для оценки влияния скорости на работу полимерных амортизаторов подготовлены, специальные приспособления и проведены динамические испытания. На основе полученных экспериментальных характеристик разработана математическая модель аппарата. Выполнена проверка адекватности модели.

3. Исследовано влияние релаксации на характеристики полимерных элементов. Разработано приспособление и проведены статические испытания, получены экспериментальные характеристики. Разработана математическая модель, параметры которой идентифицированы по экспериментальным данным. Проведена проверка адекватности модели.

4. Исследовано влияние фактора износа на характеристики поглощающих аппаратов. Показано, что по мере износа деталей падает начальная затяжка. Разработано математическое описание процесса износа. С целью оценки параметров процесса износа проведены ресурсные динамические испытания погло-

щающего аппарата, а также собраны и обобщены данные по износу деталей поглощающих аппаратов для различных лет эксплуатации.

5. Разработана уточненная математическая модель фрикционно-полимерного аппарата, учитывающая влияние температуры окружающей среды, скорости соударения, релаксации полимеров и фактора износа. ' -

6. Выполнены расчеты маневровых соударений с учетом эксплуатационных факторов. Наибольшее влияние на эффективность работы поглощающих аппаратов оказывает температурный фактор (при низких температурах силы могут повышаться до 30%). Фактор износа и релаксация полимеров (за исключением сочетания неблагоприятных факторов) несущественно влияет на характеристики аппарата.

7. С использованием математического моделирования выполнено сравнение продольных нагрузок для различных поездных режимов при различных значениях эксплуатационных факторов (температура, износ, скорость). Дан анализ влияния факторов: при низких температурах (-40°С и ниже) значения сил как при трогании поезда, так и при любом виде торможения повышены по сравнению с температурами 0^40°С (до 20%); при увеличении срока эксплуатации также наблюдается увеличение уровня сил.

8. Рассчитано уточненное статистическое распределение продольных нагрузок, действующих на вагон при маневровых соударениях, с учетом факторов эксплуатации. Учет низких температур привел к повышению вероятности появления сил в диапазоне свыше 3,6 МН. Пересчитанный спектр может быть использован для уточненных оценок нагруженности, для сравнительных оценок различных поглощающих аппаратов.

9. Определены критерии эффективности работы поглощающих аппаратов Лб. Луст, Ле с учетом эксплуатационных факторов. Обобщенный критерий эффективности, посчитанный для аппарата ПМКП-110 по статистическому распределению, с учетом эксплуатационных факторов отличается на 13,5% в сторону увеличения.

10. Разработана методика расчета параметрической надежности с учетом эксплуатационных факторов и установлением связи показателей надежности со временем эксплуатации.

Результаты расчетов по данной методике позволяют оценить эффективность функционирования поглощающего аппарата в реальных условиях эксплуатации по показателю параметрической надежности.

Апробация методики выполнена для фрикционно-полимерного аппарата ПМКП-110.

И. Результаты проведенных исследований и разработанные методики рекомендуется применять при проектировании новых поглощающих аппаратов, при корректировке требований к современным поглощающим аппаратам автосцепки подвижного состава и норм расчета вагонов.

12. Разработанные математические модели и методики могут быть использованы при решении подобных задач динамики других транспортных машин.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

В журналах из списка ВАК:

1. Жиров, П.Д. Влияние фактора релаксации на характеристики поглощающего аппарата с полимерными элементами / П.Д. Жиров / / Современные проблемы науки и образования. - 2011. - № 5 (Электронный журнал) URL: www.science-education.ru/99-4947.

2. Жиров, П.Д. Разработка математической модели и расчет характеристик поглощающего аппарата автосцепки с полимерными элементами при различных температурах окружающей среды / П.Д. Жиров, А.П. Болдырев // Вестник БГТУ - Брянск.: - №4,2010.

3. Жиров, П.Д. Расчет статистического распределения нагрузок, действующих на грузовой вагон, и оценка критериев эффективности с учетом эксплуатационных факторов / П.Д. Жиров // Вестник БГТУ - Брянск.: -№3,2011.

Публикации в других изданиях:

4. Жиров, П.Д. Влияние фактора износа на характеристики современных поглощающих аппаратов автосцепки / П.Д. Жиров // XXIII Международная Инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС-2011) (Москва, 14 - 17 декабря 2011 г.).- Москва, 2011,- с. 78.

5. Жиров, П.Д. Математическое моделирование влияния температурного фактора на работу современных поглощающих аппаратов автосцепки / П.Д. Жиров// II Международная научно-практическая конференция «Достижения молодых учёных в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» (Брянск, 11-13 октября 2010г.).- Брянск, 2010,- с. 9-11.

6. Жиров, П.Д. Моделирование эксплуатационных факторов, влияющих на эффективность работы современных поглощающих аппаратов / П.Д. Жиров // III Международная научно-практическая конференция «Достижения молодых учёных в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» (Брянск, 11-12 октября 2011г.).- Брянск, 2011,- с. 24-25.

7. Жиров, П.Д. Оценка характеристик гидроэластомерного поглощающего аппарата автосцепки / П.Д. Жиров, A.B. Барщевский, Р.В. Говорухин // Международная научно-практическая конференция «Наука и производство -2009» (Брянск, 19 - 20 марта 2009г.).- Брянск, 2009. - с. 102.

8. Жиров, П.Д. Оценка эффективности работы современных поглощающих аппаратов автосцепки с учетом эксплуатационных факторов / П.Д. Жиров // III Международная научно-практическая конференция «Достижения молодых учёных в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» (Брянск, 11-12 октября 2011г.).- Брянск, 2011,- с. 25-27.

Личный вклад автора в работах, опубликованных е соавторстве:

В работе [2] - разработка математического описания температурного фактора, внедрение его в математическую модель поглощающего аппарата ПМКП-110 и расчет зависимости начальной затяжки аппарата от температуры окружающей среды.

В работе [7] - разработка математической модели полимерного подпорного блока.

Подписано в печать 21.01.2012. Формат 60x34 1/16. Бумага офсетная. Офсетная печать. Усл. изд. л. 1,0.

_Тираж 120 экз. Заказ^*. Бесплатно._

Издательство Брянского государственного технического университета, 241035, г. Брянск, бульвар им. 50-летия Октября, 7. Телефон (4832) 58-82-49 Лаборатория оперативной полиграфии БГТУ, ул. Институтская, 16.

61 12-5/2190

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

БРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ЖИРОВ ПАВЕЛ ДМИТРИЕВИЧ

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ПОГЛОЩАЮЩИХ АППАРАТОВ

АВТОСЦЕПКИ

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, гяга поездов

и электрификация

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, доцент Болдырев А.П.

Брянск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4 ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ........................................................ 8

1.1 Обзор работ по исследованию межвагонных амортизирующих устройств................................................................................. 8

1.2 Обзор работ по исследованиям продольной нагруженности подвижного состава............................................................................ 13

1.3 Обзор современных поглощающих аппаратов.............................. 17

1.4 Объект исследования............................................................ 24

1.5 Цели и задачи исследования.................................................... 28

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОГЛОЩАЮЩИХ АППАРАТОВ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАГРУЖЕННОСТИ ВАГОНА.................................................................................... 29

2.1 Анализ эксплуатационных факторов, влияющих на работу поглощающих аппаратов автосцепки.................................................... 29

2.2 Методика математического моделирования эксплуатационной нагруженности вагона................................................................ 31

2.3 Температурный фактор.......................................................... 45

2.4 Влияние скорости соударения................................................. 52

2.5 Релаксация полимера............................................................ 61

2.6 Влияние фактора износа......................................................... 67

ГЛАВА 3. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ПОГЛОЩАЮЩИХ АППАРАТОВ С УЧЕТОМ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ............................................................................... 72

3.1 Расчет маневровых соударений для различных температур с учетом

динамического фактора, релаксации и износа.................................. 73

3.2 Исследование поездных режимов............................................. 89

3.3 Расчет статистического распределения продольных нагрузок, действующих на грузовой вагон, и оценка критериев эффективности с учетом эксплуатационных факторов.................................................. 98

3.4 Разработка методики и расчет параметрической надежности поглощающих аппаратов.................................................................... 102

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................... 109

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................... 112

Приложение 1. Справки о внедрении результатов работы..................... 130

ВВЕДЕНИЕ

В транспортной системе России железные дороги занимают ведущее место. Их доля, составляющая в 2008 г. 41% от общего числа грузоперевозок [1], неуклонно растет. На данный момент на российских железных дорогах эксплуатируются свыше 800 тыс. грузовых вагонов, принадлежащих ОАО «РЖД» и российским операторским компаниям.

С 2000 г. начали заметно увеличиваться объемы перевозок (исключая 2008-2009 гг.). Это отразилось на увеличении масс вагонов и поездов, увеличении скоростей соударений вагонов при маневровых горочных операциях, что привело к росту продольной нагруженности вагона, а, следовательно, к увеличению поступления грузовых вагонов и цистерн в ремонт [2-8]. Практика показывает, что на устранение повреждений, вызванных продольными нагрузками, за срок службы вагона затрачиваются средства, равные его первоначальной стоимости [9]. Также урон причиняется и при ударах транспортируемых грузов [7, 8, 10].

Одной из важнейших задач для модернизации российского подвижного состава является повышение эффективности и безопасности грузоперевозок, а также обеспечение сохранности вагонного парка. Для её решения был принят ряд федеральных программ [11, 12] и постановлений правительства РФ [12].

Основным элементом конструкции вагона, обеспечивающим защиту от продольных воздействий в эксплуатации вагонов и грузов, является амортизатор удара (поглощающий аппарат автосцепки) [13, 14]. Разработан ОСТ 32.1752001 «Аппараты поглощающие автосцепного устройства грузовых вагонов и локомотивов. Общие технические требования» [15], в котором изложены требования к амортизаторам и предусмотрено подразделение поглощающих аппаратов по основным показателям на четыре класса: ТО, Т1, Т2, ТЗ. В России разработкой и исследованиями новых перспективных поглощающих аппаратов различных типов занимаются: ОАО «ВНИИЖТ» (г. Москва), ООО «НПП Ди-пром» (г. Брянск), ФГБОУ ВПО БГТУ (г. Брянск), ООО «Вагонмаш» (г. Желез-

ногорск), ОАО «Авиаагрегат» (г. Самара), ФГУП «ПО Уралвагонзавод» (г. Нижний Тагил), ООО «ЛЛМЗ-КАМАХ» (г. Москва -Польша) и др.

В последние годы на железнодорожном транспорте происходит модернизация, в том числе это касается и автосцепного устройства, важнейшей частью которого является поглощающий аппарат автосцепки. И если в 1990-2000 гг. структура парка вагонов определяла следующий процентный состав поглощающих аппаратов: 80%- Ш-2-В и ПМК-110, 20% - остальные; то к 2011 г. соотношение изменилось: 10% - ПМКП-110, 20% - РТ-120, около 20% аппаратов класса Т2 и ТЗ, применяемых на цистернах, менее 30% - Ш-2-В, ПМК-110 и др. [16]. В эксплуатацию активно вошли поглощающие аппараты класса Т1 фрик-ционно-полимерного типа РТ-120 и ПМКП-110.

В последнее время аппараты класса ТО сняты с производства, поэтому доля аппаратов класса Т1 в дальнейшем будет значительно возрастать. Таким образом, исследования, направленные на повышение качества, ресурса и надежности современных поглощающих аппаратов, приобретают особенную актуальность.

Аналогичная ситуация наблюдается и на зарубежном железнодорожном транспорте, где активно внедряются и используются эластомерные и полимерные амортизаторы [17].

Вместе с тем, фрикционные пары трения, используемые в современных поглощающих аппаратах, позволяют гасить достаточно большую энергию соударения, обеспечивая высокие коэффициенты необратимого поглощения энергии, что особенно важно для амортизаторов. Поэтому актуальной задачей повышения качества железнодорожных перевозок долгое время будет оставаться совершенствование фрикционно-полимерных поглощающих аппаратов автосцепки.

Объектами исследования в данной работе являются фрикционно-полимерные и фрикционно-эластомерные поглощающие аппараты.

В тоже время разработанные методики и результаты исследований могут быть с успехом использованы в процессе разработки, проектирования и совер-

шенствования конструкций полимерных, пружинно-полимерных и эластомер-ных поглощающих аппаратов.

В первой главе диссертационной работы изложен обзор работ по исследованию межвагонных амортизирующих устройств и продольной нагруженно-сти вагона, дан обзор современных поглощающих аппаратов автосцепки, сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе приведена методика математического моделирования эксплуатационной нагруженности вагона, а также рассмотрены основные эксплуатационные факторы (температурный фактор, фактор скорости, фактор релаксации и фактор износа), влияющие на работу современных поглощающих аппаратов. Приведено экспериментальное и теоретическое исследование факторов эксплуатации, дано их математическое описание и рекомендации по внедрению в математические модели поглощающих аппаратов.

В третье главе дана оценка влияния факторов эксплуатации на эффективность работы поглощающих аппаратов при маневровых операциях и поездных режимах; рассчитано статистическое распределение продольных сил, действующих на грузовой вагон, с учетом эксплуатационных факторов; выполнена сравнительная оценка критериев эффективности; разработана и апробирована методика расчета параметрической надежности поглощающих аппаратов с учетом эксплуатационных факторов...

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

- Разработаны уточненные математические модели современных поглощающих аппаратов, учитывающие влияние температурного фактора, скорости, релаксации полимеров и времени эксплуатации.

- Дана оценка влияния эксплуатационных факторов на эффективность работы поглощающих аппаратов при маневровых соударениях и переходных режимах движения поезда.

- Рассчитано статистическое распределение продольных нагрузок, действующих на грузовой вагон, и определены критерии эффективности поглощающих аппаратов с учетом эксплуатационных факторов;

- Разработана методика расчета параметрической надежности поглощающих аппаратов, отличительной особенностью которой является учет эксплуатационных факторов и установление связи показателя надежности со временем эксплуатации.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Обзор работ по исследованию межвагонных амортизирующих

устройств

Работы в области исследования амортизирующих устройств велись начиная с 50х-60х годов прошлого столетия, в основном по следующим направлениям: совершенствование конструкций фрикционных амортизаторов удара, создание новых типов амортизаторов - резинометаллических, гидравлических и гидрофрикционных и амортизирующих устройств вагонов с плавающей хребтовой балкой. В последние годы активно велись работы по созданию полимерных и эластомерных поглощающих аппаратов. Большой вклад в разработку научных основ создания и совершенствования современных амортизирующих устройств внесли ученые ведущих транспортных вузов Российской Федерации и стран СНГ (Московского государственного университета путей сообщения, Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта, Брянского государственного технического университета, Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта и др.), а также сотрудники исследовательских институтов и вагоностроительных заводов.

Основополагающее значение имеют работы заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, профессора доктора технических наук Л.Н. Никольского. Им были созданы математические модели и получены основные зависимости для расчета продольных нагрузок при соударении вагонов, разработаны методики расчета и проектирования фрикционных амортизаторов удара [19-24]. Л.Н. Никольскому и его ученику, заслуженному деятелю науки и техники РФ, профессору, доктору технических наук Б.Г. Кеглину принадлежит приоритет в формулировке и решении задачи об эксплуатационной нагруженности вагона продольными силами, в использовании стохастических оценок работы аморти-

зирующих устройств и их параметрической надежности, оптимизации силовой характеристики аппарата по критерию усталостной повреждаемости [25-33].

Исследование факторов, определяющих работоспособность автосцепного устройства, были выполнены Н.Г. Беспаловым [34], C.B. Вершинским [35, 36, 37,38], Б.Г. Кеглиным [30, 39], H.A. Костиной [40], В.А. Котиковым [41], J1.H. Никольским [42, 43], H.A. Семиным [44]. В трудах этих ученых решены важнейшие условия конструирования и эксплуатации автосцепного устройства. Показано, что работоспособность вагона зависит, прежде всего, от исправного состояния поглощающего аппарата, а также других деталей упряжного автосцепного устройства вагона.

Из перечисленных авторов следует отметить следующие работы, наиболее близкие к теме диссертации.

В работе Б.Г. Кеглина [30] рассмотрена методика оценки параметрической надежности поглощающих аппаратов в квазистатической постановке, которая является оптимальной для исследования поглощающих аппаратов, но приводящая к значительным трудностям при исследовании влияния факторов эксплуатации на характеристики амортизирующего устройства.

JI.H. Никольским [23] разработаны математические модели фрикционных поглощающих аппаратов, исследовано влияние их на особенности ударных нагрузок подвижного состава.

Особенно актуальными являются труды последнего времени, представляющие теоретические и экспериментальные исследования современных типов амортизаторов удара, которым посвящена данная диссертация. Среди них работы: Н.С. Бачурина [45], А.Г. Белоусова [46 - 51], В.И. Беляева [52], C.B. Бес-палько [53], А.П. Болдырева [45, 47-50, 54-76], С.А. Горячева [46], A.M. Гурова [77-81], A.B. Иванова [69], Б.Г. Кеглина [82-90], Т.Н. Прилепо [48-50, 58, 89], Д.А. Ступина [52, 91], П.Ю. Шалимова [93], А.П. Шлюшенкова [70], И.Б. Феоктистова [92] и др.

В работе А.Г. Белоусова [51], близкой к теме диссертации, приводятся экспериментальные исследования поглощающего аппарат ПМКП-110, включа-

ющие температурные испытания полимерного подпорного блока. Приводится качественное описание влияния температуры окружающей среды, однако не дано математическое описание влияния фактора температуры на работу как подпорного блока, так и поглощающего аппарата в целом.

Работа А.П. Болдырева [54] посвящена математическим моделям различных типов поглощающих аппаратов, методике расчета критериев эффективности амортизирующих устройств подвижного состава. Рассмотрено влияние различных конструктивных особенностей на работу амортизатора удара.

A.M. Гуровым [78, 88] проведена сравнительная оценка влияния современных поглощающих аппаратов на продольную динамику поезда, а также приводится методика имитационного моделирования условий эксплуатации вагона с учетом статистических данных по распределению скоростей и масс вагонов.

В диссертационной работе Д.А. Ступина [91] рассмотрены современные поглощающие аппараты автосцепного устройства грузового вагона, особенности их создания и исследований.

В работе И.Б. Феоктистова [92] приведены основные уравнения, описывающие характеристику современных эластомерных амортизаторов. Выполнен анализ методов оценки и определения упругих характеристик эластомерного материала.

C.B. Беспалько предложена методика моделирования работы гидрогазового аппарата ГА-500, которая сводится к введению в математическую модель колеблющихся вагонов дополнительной группы дифференциальных уравнений, соответствующих каждому из гидрогазовых аппаратов [53].

Учеными ОАО «ВНИИЖТ» разработаны нормативно-технические документы, касающиеся создания новых конструкций, испытаний, эксплуатации и ремонта поглощающих аппаратов [15, 94-101].

Выбор рациональной формы силовой характеристики амортизатора удара рассмотрен в работах Е.П. Блохина [102], А.И. Бутенко [103], П.Т. Гребенюка [104], Б.Г. Кеглина [30], Г.Б. Крайзгура [105], Л.Д. Кузьмича [3], Л.А. Манаш-

кина [106], Л.Н. Никольского [23], H.A. Панькина [107], П.А. Устича [108], Лангера [109], Томе [109] и др.

Основная часть работ посвящена выбору силовой характеристики амортизирующего устройства, конструкция которого не задается, а свойства опре-

»_» о с и

деляются лишь некоторой априорнои расчетной моделью. В дальнейшем такое устройство получило название «абстрактного» амортизатора, в отличие от конкретного амортизатора, математическая модель которого определяется заданной кинематической схемой. Исследования «абстрактного» амортизатора определяют направления, в которых должен осуществляться синтез конкретных амортизаторов. Задача поиска оптимальных параметров в этом случае сводится к определению коэффициентов заданной математической функции (или класса функций), описывающей силовую характеристику «абстрактного» амортизатора.

Работы многих ученых посвящены исследованию эксплуатационных характеристик различных межвагонных амортизирующих устройств и изучению протекающих в них при ударе физических процессов. Наиболее подробно процессы трения во фрикционных амортизаторах и описывающие их детерминированные и стохастические математические модели рассматривались в работах Б.Г. Кеглина [110], Е.Л. Кост [111], Л.Н. Никольского [24, 112], И.В. Се-линова [113], В.П. Тихомирова [112]. Различные математические модели предложены в работах Е.П. Блохина [114], А.П. Болдырева [65, 115], Л.А. Манаш-кина [116], Б.Л. Стамблера [114]. Было установлено, что одной из главных причин неудовлетворительной работы серийных фрикционных поглощающих аппаратов являются недостатки применяемой в них пары трения сталь-сталь, в связи с чем был поставлен вопрос о подборе более совершенной пары трения. Исследования по разработке и исследованию новых пар трения для фрикционных амортизаторов удара рассмотрены в трудах В.П. Мигунова, И.В. Селинова, A.M. Сухова и др. [117-119].

Большое количество научных исследований, посвященных амортизирующим устройствам старого и нового типа, к сожалению, не отвечает на ряд во-

просов, возникающих в связи с применением перспективных полимерных и эластомерных материалов, а также новых пар терния. Математические модели амортизаторов удара, применяемые при имитационном моделировании режимов эксплуатации вагона, требую�