Математичне моделювання динамічної навантаженості вагона-хопера з пружно-фрикційними зв’язками в несучій конструкції

Abstract

UA: В статті висвітлено особливості математичного моделювання динамічної навантаженості удосконаленої несучої конструкції вагона-хопера. Особливістю несучої конструкції вагона-хопера є те, що замість типових профілів виконання хребтової балки, що представлена двома швелерами №30, запропоновано використання П-подібного профілю в якому розміщуються пружні елементи, перекриті горизонтальним листом. Таке рішення сприяє зменшенню динамічної навантаженості несучої конструкції вагона-хопера при коливаннях підскакування за рахунок сил тертя, які виникають в його складових. Дане рішення запропоновано на рівні концепту. При створенні математичної моделі враховано, що вагон-хопер складається з трьох твердих тіл – несучої конструкції та двох візків моделі 18-100 з відповідними характеристиками жорсткості та відносного тертя. Також враховано, що вагон завантажений умовним вантажем з використанням повної вантажопідйомності. Дослідження проведені у плоскій системі координат, площині XZ, за умови руху вагона-хопера стиковою нерівністю, яка описується періодичною функцією. В якості прототипу обрано вагон-хопер моделі 20-9749, побудови ДП "Укрспецвагон", призначений для перевезення окатишів та гарячого агломерату. Розв’язок математичної моделі здійснено в програмному комплексі MathCad, який реалізує метод Рунге – Кутта. При цьому стартові умови покладені рівними нулю. На підставі проведених розрахунків встановлено, що максимальне вертикальне прискорення несучої конструкції вагона-хопера складає 3,1 м/с2 (0,32g). З урахуванням запропонованого рішення стає можливим знизити вертикальні прискорення, які діють на несучу конструкцію вагона-хопера майже на 20%. Хід вагона оцінюється як “відмінний”. Проведені дослідження сприятимуть створенню інноваційних конструкцій рухомого складу та підвищенню ефективності його експлуатації.

EN: The article highlights the features of mathematical modeling of the dynamic load of the improved load-bearing structure of the hopper car. The peculiarity of the supporting structure of the hopper car is that instead of the typical profiles of the ridge beam, which is represented by two channels №30, the use of U-shaped profile is proposed in which elastic elements covered with horizontal sheet are placed. This solution helps to reduce the dynamic load of the load-bearing structure of the hopper car during oscillations of the jump due to the friction forces that occur in its components. This solution is proposed at the concept level. When creating a mathematical model, it is taken into account that the hopper car consists of three solid bodies - a load-bearing structure and two carts model 18-100 with the appropriate characteristics of stiffness and relative friction. It is also taken into account that the car is loaded with a conditional load using full capacity. The research was carried out in a flat coordinate system, the XZ plane, under the condition of hopper car movement with a joint inequality, which is described by a periodic function. The hopper car of model 20-9749, built by Ukrspetsvagon, designed for transportation of pellets and hot sinter, was chosen as a prototype. The solution of the mathematical model was carried out in the MathCad software package, which implements the Runge-Kutta method. The starting conditions are set to zero. Based on the calculations, it is established that the maximum vertical acceleration of the load-bearing structure of the hopper car is 3.1 m/s 2 (0.32 g). Taking into account the proposed solution, it becomes possible to reduce the vertical accelerations that affect the load-bearing structure of the hopper car by almost 20%. The car is rated "excellent". The conducted research will contribute to the creation of innovative structures of rolling stock and increase the efficiency of its operation.