Determination of vertical dynamics for a standard Ukrainian boxcar with Y25 bogies

Abstract

EN: To determine the basic dynamic characteristics of a standard Ukrainian boxcar with the Y25 bogie by means of the mathematic modelling of dynamic loads in the vertical plane and to compare them with the dynamic characteristics obtained for a boxcar with the 18–100 bogie. It can be used for substantiation of application of the Y25 bogie as more promising, which can improve the operational efficiency of rail transportation and foster integration of the Ukrainian transport system into the European transportation complex. Methodology. The authors used the mathematical modelling of a boxcar with the Y25 bogie. The research was made in the vertical plane. It was taken into account that an empty car passed over a joint irregularity. The research was made for an 11– 217 boxcar as a predominant type to be used. The authors studied the motion of a car on the 18–100 and Y25 bogies. The basic dynamic characteristics were determined for a boxcar with the nominal (design) dimensions of the carrying elements and a boxcar with the actual dimensions (after a long service life) on the basis of the field tests. The differential equations were solved by the Runge–Kutta method in MathCad software suite. The initial displacements and the speeds were taken equal to zero. The following dynamic characteristics of a boxcar were obtained: acceleration of the body in the center of mass, acceleration of the body in the areas of support on the bogies, forces in the spring suspension of the bogie, and dynamic coefficients of the bogies. Findings. The theoretical research showed that the basic dynamic characteristics of a boxcar with the nominal dimensions were improved by 38–51 % in comparison to a similar one with the 18–100 bogie, and for a boxcar with the actual dimensions the dynamic characteristics were improved by 43–50 %. Originality. The authors substantiated the application of the Y25 bogie for a standard Ukrainian boxcar with the nominal and actual dimensions of the carrying elements by means of the mathematical modelling of the dynamic loads in the vertical plane. Practical value. Due to lower dynamic loads on the carrying structures of freight cars with the Y25 bogie, it is possible to improve the dynamic characteristics of the structures under the operational modes, to increase the fatigue strength and the operational resource, to decrease the total repair and maintenance costs, to ensure better security and reliability of freight transportation through lower loads on both carrying structures and lashing devices, to increase the speed of freight delivery thanks to better dynamic characteristics of cars, to improve the traffic security, and so on.

UA: Визначення основних показників динаміки типової конструкції критого вагона вітчизняного парку на європейських візках типу Y25 шляхом математичного моделювання динамічної навантаженості у вертикальній площині й порівняння їх з показниками динаміки, отриманими для візків 18–100. Це дозволить обґрунтувати доцільність упровадження даних візків, як більш перспективних і сприятиме підвищенню ефективності експлуатації залізничного транспорту та євроінтеграції вітчизняного транспортного комплексу. Методика. Для обґрунтування використання візків типу Y25 під критим вагоном проведене математичне моделювання. Дослідження проведені у вертикальній площині. Ураховано, що вагон рухається стиковою нерівністю. В якості прототипу обрано критий вагон моделі 11– 217, як найбільш розповсюджений. При цьому розглянуто рух вагона на візках типу 18–100 та Y25. Визначення основних показників динаміки здійснено для критого вагона з номінальними (креслярськими) розмірами несучих елементів, а також фактичними (після тривалої експлуатації), які визначені на підставі натурних досліджень. Розв’язок диференціальних рівнянь здійснено у програмному комплексі MathCad за методом Рунге-Кутта. Початкові переміщення та швидкості покладені рівними нулю. При цьому отримані такі основні показники динаміки вагона: прискорення кузова в центрі мас, прискорення кузова в зонах спирання на візки, сили в ресорному підвішуванні візків, коефіцієнти динаміки візків. Результати. У ході проведених теоретичних досліджень встановлено, що основні показники динаміки критих вагонів з номінальними розмірами зменшуються на 38–51 % у порівнянні з використанням під ними типових візків 18–100, а критих вагонів з фактичними розмірами – на 43–50 %. Наукова новизна. Проведено обґрунтування доцільності використання візків типу Y25 під типовими конструкціями критих вагонів вітчизняного парку з номінальними й фактичними розмірами несучих елементів шляхом математичного моделювання їх динамічної навантаженості у вертикальній площині. Практична значимість. За рахунок зменшення динамічних навантажень, що діють на несучі конструкції вантажних вагонів на візках Y25, стає можливим покращити динамічні показники їх конструкцій за експлуатаційних режимів, підвищити втомну міцність, ресурс експлуатації та, відповідно, зменшити витрати на їх ремонт і експлуатацію в цілому, покращити збереженість вантажів і надійності їх перевезень за рахунок зменшення навантажень, що діють на несучі конструкції вагонів, а, відповідно, й засоби закріплення вантажів у них, підвищити швидкість доставки вантажів за рахунок покращення показників динаміки вагонів, покращити безпеку руху тощо.