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

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

П.Д. Жиров

Рассчитано статистическое распределение продольных нагрузок, действующих на грузовой вагон, с учетом температурного фактора и времени эксплуатации. Оценены критерии эффективности с учетом и без учета эксплуатационных факторов.

Ключевые слова: поглощающий аппарат, эксплуатационные факторы, статистическое распределение, критерии эффективности, продольные нагрузки, грузовой вагон.

Расчет надежности и долговечности элементов вагона, определение оптимальных параметров амортизаторов удара и решение ряда других задач требуют знания статистических распределений продольных сил, действующих на подвижной состав через автосцепку. Данный вопрос был исследован в работах [1;2], но влияние таких эксплуатационных факторов, как температура окружающей среды, износ деталей аппарата, не учитывалось.

В ходе математического моделирования регистрировались экстремумы сжимающих сил. Так как события (различные массы, скорости соударения, температура окружающей среды и срок эксплуатации поглощающего аппарата) не являются зависимыми, то вероятность возникновения данной ситуации представляет собой произведение вероятностей возникновения сил для отдельных расчетных ситуаций: p=p1·p2·…·pi. Диапазон сил от 0 до 4,0 МН разбивался на интервалы в 0,8 МН.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В качестве основной расчетной ситуации принято соударение одиночных вагонов, оборудованных поглощающим аппаратом ПМКП-110. Соударение двух вагонов, оснащенных одинаковыми поглощающими аппаратами, аналогично удару вагона в неподвижный упор, но скорость при этом вдвое меньше. Вагон описывается двухмассовой расчетной схемой, позволяющей разделить упругодиссипативные свойства вагона и его поглощающего аппарата. На рис. 1 представлена двухмассовая модель вагона.

Система дифференциальных уравнений динамического процесса соударения имеет вид

где - динамическая жесткость вагона; - динамическая вязкость вагона; - масса поглощающего аппарата; - масса вагона; - перемещение поглощающего аппарата; - перемещение вагона; - силовая характеристика аппарата.

Так как модель упругопластическая, то при силе до 4 МН жесткость вагона равна 1,4·108 Н·м, а при превышении данной силы жесткость вагона падает до 0,5·108 Н·м [3].

Были приняты следующие исходные данные: , , , , , , , , с/м, с1 = arctg f1 = 0,38 рад, с2 = arctg, f2 = 0,13 рад, с3 = arctg f3 = 0,13 рад.

Жесткость корпуса аппарата принималась равной 5·108 Н·м. Коэффициент передачи при отсутствии трения вычисляется по формуле

.

Приведенная масса автосцепного устройства m1 принималась равной 2000 кг.

Для эксплуатационных факторов в модель были введены следующие зависимости:

для температурного фактора:

вагон износ продольный температура

где

для фактора износа (времени эксплуатации):

где T - время эксплуатации поглощающего аппарата в годах; 0,105 - начальная затяжка аппарата, мм.

При расчете статистического распределения продольных сил, действующих на вагон, использованы распределения скоростей, масс и температур [3;4]. Попадание поглощающего аппарата с конкретным сроком эксплуатации считалось равновероятным для всего срока эксплуатации.

Статистическое распределение масс грузовых вагонов выглядит следующим образом:

Статистическое распределение скоростей соударения вагонов:

Статистическое распределение температуры окружающей среды имеет следующий вид:

В результате расчета по каждой ситуации фиксировались глобальные экстремумы сжимающих сил, возникающих при ударе в неподвижный упор, оборудованный поглощающим аппаратом ПМКП-110. Полученное статистическое распределение экстремумов сил приведено в табл. 1 и на рис. 2.

Таблица 1

Статистическое распределение экстремумов сил сжатия при маневровых операциях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ полученных данных показывает некоторые отклонения от ранее полученного статистического распределения (без учета эксплуатационных факторов). Это объясняется следующим:

Низкие температуры окружающей среды приводят к увеличению частотности появления повышенных сил (свыше 3,6 МН), что не учитывалось в предыдущих расчетах.

Высокие температуры оказывают двоякий эффект: с одной стороны, они снижают силы (это наблюдается при появлении значения 7,2% для сил менее 0,4 МН) за счет смягчения аппарата, а с другой стороны, при неблагоприятном сочетании факторов (максимальные скорость и масса) приводят к раннему закрытию аппарата и, как следствие, к повышенным значениям нагрузки.

Для сравнения работы и оценки влияния параметров современных амортизаторов удара на нагруженность вагонов полученные результаты расчета статистического распределения использовались для расчета критериев эффективности [5]: Jоб (обобщенный критерий эффективности амортизатора удара грузового вагона), Jуст (критерий оценки усталостных повреждений), Jпв (критерий оценки условной повреждаемости вагона от единичных перегрузок).

Обобщенный критерий эффективности амортизатора удара грузового вагона определялся по формуле

,

где - составляющие обобщенного критерия, относящиеся к различным видам отказов; - весовой коэффициент.

где пi - число нагружений продольными силами Рi ; m' - параметр кривой усталости.

где пk - число нагружений вагона силой Рk ; РП - пороговая сила удара, превышение которой приводит к смещению груза; - единичная функция Хевисайда.

В табл. 2 представлены результаты расчета критериев эффективности с учетом и без учета эксплуатационных факторов.

Таблица 2

Сравнение критериев эффективности с учетом и без учета
температуры окружающей среды и времени эксплуатации

Полученные результаты расчета статистического распределения продольных сил, действующих на грузовой вагон, и оценки критериев эффективности позволяют сделать следующие выводы:

Пересчитанный спектр может быть использован для уточненных оценок нагруженности, сравнительных оценок различных поглощающих аппаратов. При расчете спектра влияние эксплуатационных факторов можно не учитывать.

Определены показатели эффективности работы поглощающих аппаратов Jоб, Jуст, Jпв с учетом эксплуатационных факторов. Обобщенный критерий эффективности, рассчитанный по статистическому распределению, отличается от критерия, рассчитанного без учета эксплуатационных факторов, на 13,5% в сторону увеличения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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

2. Гуров, А.М. Оценка влияния параметров современных амортизаторов удара на продольную динамику поезда: дис.… канд.техн.наук/ А.М. Гуров. - Орел, 2007.- 131с.

3. Болдырев, А.П. Научные основы совершенствования поглощающих аппаратов автосцепки: дис…. д-ра техн. наук/ А.П. Болдырев. - Брянск, 2006.- 360 с.

4. Транспорт в России. 2009: сб. ст./Росстат.-М., 2009.-Т.65.-198с.

5. Никольский, Л.Н. Метод определения оптимальных параметров амортизаторов удара/ Л.Н. Никольский// Вестник машиностроения. - 1967. - №11.- С. 38 - 42.

Размещено на Allbest.ru