Расчетно-экспериментальные исследования полимерного амортизатора удара

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 629.4.028.86

Расчетно-экспериментальные исследования полимерного амортизатора удара

А.П. Болдырев, П.Д. Жиров,

В.А. Алдюхов, С.А. Кравцов

Приведены результаты статических и динамических испытаний полимерного поглощающего аппарата автосцепки. Дано сравнение экспериментальных и расчетных силовых характеристик комплекта полимерных элементов.

Ключевые слова: полимерный поглощающий аппарат, конечноэлементная модель, статические испытания, динамические испытания.

Согласно «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», утвержденной Правительством РФ в 2008 году, к 2030 году прогнозируется увеличение погрузки на 47 - 60% по сравнению с показателями докризисного 2007 года, грузооборота - на 46 - 58% [1] .

Повышение массы подвижных единиц и увеличение скоростей их движения, интенсификация маневровой работы для ускорения процесса формирования поездов предъявляют особые требования к эффективности межвагонных амортизирующих устройств. Исследованию эффективности поглощающих аппаратов и их основных компонентов - полимерных упругих элементов посвящена данная статья.

В 2010г.сотрудниками кафедры «ДПМ» БГТУ был спроектирован прототип полимерного поглощающего аппарата класса Т1ТЭП1 (рис.1). Основу этого аппарата составил комплект из 9 полимерных элементов DUREL, разделенных стальными пластинами толщиной 5 мм. Проектный чертеж полимерного элемента и его общий вид представлены на рис.2.

На первом этапе исследования была подготовлена конечноэлементная модель полимерногоэлемента [2; 3]. Конфигурация параметров конечноэлементной модели основана на результатах экспериментов, проводимых в лаборатории кафедры «ДПМ» (полимерный элемент сжимался до рабочего хода в 17 мм).

Рис.1. Прототип полимерного поглощающего аппарата ТЭП1

Рис. 2. Полимерный элемент Durel в исходном состоянии

На рис. 3 представлены экспериментальная и расчетная (с использованием МКЭ) силовые характеристики полимерного элемента.

Основные показатели представлены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты первого нагружения

Рис. 3. Силовые характеристики модели элемента:

--- экспериментальная (прототип); -- - расчетная (конечноэлементная модель)

После серии нагружений в ходе испытаний у элемента наблюдается усадка. Изменяются его форма и габаритные размеры, стенки центрального отверстия теряют форму цилиндра с прямой образующей. В связи с этим была создана и рассчитана конечно-элементная модель элемента после усадки (рис. 4).

Путём варьирования свойств материала и коэффициента трения были получены значения, при которых расчётная силовая характеристика практически идентична экспериментальной характеристике.

Рис. 4. Вид элемента в деформированном состоянии

На рис. 5 представлены силовые характеристики, полученные путём моделирования в пакете MSCMarc и при нагружении образца силой до 1710 кН, что соответствует номинальной силе при работе аппарата. Основные параметры силовых характеристик представлены в табл. 2.

Рис. 5.Силовые характеристики элемента после усадки:

--- экспериментальная (прототип); --- расчетная (конечноэлементная модель)

Таблица 2

Результаты исследования

Максимальный ход составил 25 мм.

Расхождения по коэффициенту полноты, энергии и максимальной силе не превысили 2,5%, что свидетельствует о достаточной адекватности модели и о возможности использовать её в дальнейших расчётах.

На втором этапе исследования с использованием полимерных элементовDURELбыл изготовлен полимерный аппарат ТЭП1 класса Т1.

В табл.3 приведены ожидаемые и расчетные характеристики аппарата.

Таблица 3

Характеристики аппарата

Экспериментальные исследования полимерного поглощающего аппарата включали два этапа: статические и ударные динамические испытания.

Статические испытания поглощающего аппарата проводились в ОАО «ПО «Бежицкая сталь». Подпорный полимерный комплект включал в себя 9 ранее подвергавшихся нагружению полимерных элементов. В процессе испытаний полимерный поглощающий аппарат был нагружен 4 раза с периодом между нагружениями 5 мин. Результаты испытаний представлены на рис.6 и в табл.4. Испытания проводились при температуре 10 ?С.

Рис.6. Силовые характеристики поглощающего аппарата ТЭП1: 1 - первое нагружение; 2 - второе нагружение; 3 - третье нагружение; 4 - четвертое нагружение

Таблица 4

Результаты статических испытаний полимерного аппарата

На рис. 7 показаны силовые характеристики, полученные расчетным путём в пакете MSCMarc, экспериментальным путем, а также характеристика, предоставленная фирмой DUREL.

Рис. 7. Силовые характеристики подпорного блока: -- - характеристика фирмы DUREL; * * * - экспериментальная;- * - * -расчетная

Энергоемкость аппарата составила 87 кДж, что соответствует ОСТ 32.175-2001[4].

Динамические ударные испытания полимерного поглощающего аппарата ТЭП1 проводились на стенде-горке ООО «ПО «Бежицкая сталь». На рис. 8 представлена типичная силовая характеристика при ударе. Параметры полученных силовых характеристик сведены в табл. 5.

Рис. 8. Силовая характеристика при ударе с начальной скоростью 1,75 м/с

Таблица 5

Результаты динамических испытаний полимерного аппарата

Заключительным этапом исследования полимерного поглощающего аппарата было изучение влияния данного поглощающего аппарата на подвижной состав при переходных режимах движения поезда. Были рассмотрены трогание поезда, экстренное торможение и полное служебное торможение. На рис. 9, 10 представлены распределения сил при трогании и экстренном торможении однородного состава, оборудованного различными поглощающими аппаратами.

По полученным данным видно, что полимерный поглощающий аппарат дает достаточно низкие силы по составу и по этому показателю сопоставим с более дорогими эластомерными и фрикционно-эластомерными поглощающими аппаратами.

Итак, в результате исследований спроектирован и испытан полимерный поглощающий аппарат автосцепки. Полученные характеристики аппарата соответствуют классу Т1. Полимерный поглощающий аппарат ТЭП1 рекомендуется к внедрению на железнодорожном транспорте РФ.

межвагонный амортизирующий поглощающий автосцепка

Список литературы

1. Правительство Российской Федерации. О стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года: распоряжение № 877-р от 17.06.08.

2. Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред/Дж. Оден.-М.: Мир, 1972. - 463 с.

3. Черных К.Ф. Нелинейная теория упругости в машиностроительных расчетах / К.Ф. Черных. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986. - 336 с.

4. ОСТ 32.175-2001. Аппараты поглощающие автосцепного устройства грузовых вагонов и локомотивов. Общие технические требования.

Размещено на Allbest.ru