Load Calculation of the Load-carrying Structure of a Tank Car in Oper-ating Modes

Abstract

EN: The article determines dynamic load and strength of the load-carrying structure of a tank car with elastic-friction connections in the boiler bearings and between boiler bearings and the boiler bearer. It was established that the use of elastic-friction connections allows to reduce the dynamic load on the tank car by almost 36% in comparison with the prototype. The results of stress calculation showed that the maximum equivalent stresses in the load-carrying structure of a tank car occur in the interaction area of the center sill with the draw-bar and do not exceed the allowable values. The conducted research will allow to increase the operational efficiency of tank cars by reduction of operating costs, and will also promote the creation of their innovative designs.

UA: Підвищення ефективності експлуатації залізничної галузі вимагає впровадження інноваційних конструкцій рухомого складу, зокрема вагонів. Найбільш розповсюдженим типом вагону для перевезення наливних вантажів є вагони-цистерни. Несуча конструкція вагонів-цистерн випробовує дії значних циклічних навантажень в експлуатації. Це викликає їх пошкодження. В матеріалах статті наведені результати щодо удосконалення несучої конструкції вагона-цистерни шляхом зменшення динамічної навантаженості посередництвом впровадження пружно-фрикційних зв’язків між котлом та його опорами, а також між опорами та рамою. Для обґрунтування запропонованого рішення використано класичні методи теорії коливань та динаміки вагонів, методи розв’язання диференціальних рівнянь руху, зокрема, метод Рунге-Кутта, реалізований в програмному комплексі MathCad, а також метод скінчених елементів, здійснений в SolidWorks Simulation. Проведено визначення динамічної навантаженості та міцності несучої конструкції вагонацистерни з пружно-фрикційними зв’язками в опорах котла та між опорами та рамою. Встановлено, що використання пружно-фрикційних зв’язків дозволяє зменшити динамічну навантаженість вагона-цистерни у порівнянні з прототипом майже на 36%. Результати розрахунку на міцність показали, що максимальні еквівалентні напруження в несучій конструкції вагона-цистерни виникають в зоні взаємодії хребтової балки зі шворневою та не перевищують допустимих значень. При цьому проектний строк служби несучої конструкції більше ніж на 20% вищий за строк служби вагонапрототипу. Коефіцієнт опору втомі з урахуванням запропонованих конструкційних рішень склав 4,2, що вдвічі перевищує допустимий. Проведені дослідження дозволять підвищити ефективність експлуатації вагонів-цистерн шляхом зменшення витрат на утримання, а також сприятимуть створенню їх інноваційних конструкцій.