WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 11 научных работах в виде статей, из них 7 написаны без соавторов, и материалов конференций международного и регионального уровней.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, 143 страницы основного текста, 20 рисунков, 9 таблиц, списка использованной литературы, включающего 113 наименований, приложение 1.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы и общую характеристику работы.

В первой главе рассмотрена степень обоснованности применения действующих ТУ, сформулированы цель и задачи исследования.

Расчеты креплений груза на вагоне с использованием действующей методики расчета (ТУ), изучены в работах докторов технических наук А.Д. Малова, В.К. Бешкето, В.В. Повороженко, П.С. Анисимова, кандидатов технических наук Г.П. Ефимова, В.И. Шинкаренко, В.А. Романова, С.А. Егорова и других. В исследованиях этих авторов механическая система «груз крепление вагон» принята как статически определимая система, что не соответствует действительности. Усовершенствованная методика расчета крепления грузов изучена в работах докторов технических наук В.Б. Зылева и Х.Т. Туранова, проф. В.А. Болотина, кандидатов технических наук Е.Д. Псеровской, Д.Ю. Королевой, М.А. Зачешигрива, Е.К. Коровяковского, М.В. Корнеева, Н.В. Власовой и других.

Вторая глава посвящена математическому моделированию усилий в гибких элементах креплений груза с учетом особенности профиля прямого участка пути.

В данном разделе рассмотрено моделирование механической системы «грузкреплениевагон» для определения усилий в гибких элементах креплений груза, как статически неопределимой задачи. Задача решена при одновременном приложении на систему продольных, поперечных и вертикальных сил при движении поезда по прямому участку пути под уклон на основе составленных систем алгебраических уравнений, оперируя проекциями гибких элементов креплений на оси координат. При этом для ее решения использован численный метод (метод итераций), который может быть реализован в вычислительной среде MathCAD.

Расчетную схему размещения и закрепления груза, как абсолютно жесткого тела представим в виде, показанном на рисунке 1.

Предположим, что причиной колебаний груза служат заданные колебания точки крепления груза с вагоном с принятым законом в виде xe(t), уe(t) и ze(t). Действие этих колебаний учтено продольной ех, поперечной еу и вертикальной еz переносными силами инерции.

На расчетной схеме эти силы показаны в виде x = ех продольная сила, возникающая не только от маневровых соударений и движения поезда по прямому участку пути и при спуске под уклон в режиме служебного торможения или отпуска, но и от наличия в конструкции тележек зазоров между боковыми рамами платформы и челюстями букс колесных пар, а так же от наличия упругих элементов (пружин) и зазоров в конструкциях поглощающих аппаратов автосцепных устройств. y = еу поперечная сила, возникающая от бокового относа, от наличия пружин между надрессорной балкой и боковыми рамами вагона, а также от зазора между гребнями колес и рельсами. z = еz вертикальная сила, возникающая при прохождении волны неровностей пути и колебаний пружин. Fтрх и Fтру - составляющие силы трения, направленные параллельно по продольной и поперечной оси симметрии вагона, как касательные составляющие реакции связи (пола вагона); N - нормальная составляющая реакции связи, приложенная в точке с координатами xN и yN; Wу и Wx - ветровые нагрузки, приложенные, соответственно, к боковой и к лобовой сторонам груза.

Рисунок 1 Расчетная схема размещения и крепления груза

Исходные данные представлены в виде геометрических размеров гибких элементов креплений и координат точек их закрепления к стоечным скобам вагона и монтажным петлям груза для определения неизвестных усилий в этих элементах креплений Si (i = 1…n – количество таких элементов креплений).

На основе применения общих формулировок и решения статически неопределимых задач по определению усилий в креплениях грузов составлены соотношения, необходимые для нахождения усилий в гибких элементах креплений груза. Отличительной особенностью предлагаемой модели от ранее рассмотренных является то, что в ней, наряду с продольной Фх и вертикальной Фz сил инерции, ветровой нагрузки Wх, учитываются продольная составляющая силы тяжести груза Qх, возникающая от уклона, поперечная сила инерции Фу и боковая ветровая нагрузка Wy при движении поезда по прямому участку пути под уклон. Математическая модель механической системы «грузкреплениевагон» с плоским основанием представлена в виде:

сдвигающей силы по оси Ox (выражающей статическую сторону задачи, т. е. составление условия равновесия всех действующих на груз сил по продольной оси вагона)

; (1)

силы трения по оси Ox: ; (2)

(условие представляет физическую сторону статической неопределимой системы «грузкреплениевагон» с плоским основанием);

суммы проекций сил на ось Ox ; (3)

сдвигающей силы по оси Oy ; (4)

силы трения по оси Oy

; (5)

суммы проекций сил на ось Oy ; (6)

суммы проекции сил на ось Oz

; (7)

суммы моментов сил вокруг оси Ox

Fтрyh + N yN = 0; (8)

сумма моментов сил вокруг оси Oy

Fтрxh N xN = 0; (9)

сумма моментов сил вокруг оси Oz

Fтрy xN Fтрx yN =0; (10)

деформационных соотношений

, (11)

где Si – отыскиваемые значения усилий в гибких элементах креплений, кН.

и пр – углы наклона гибких элементов на плоскость Oxy и плоскости этих элементов на ось Ox и xi, yi, zi – проекции гибких элементов креплений на координатные оси Ox, Oy, Oz ; h и b0 – высота груза и поперечное расстояние между петлями для крайних гибких элементов креплений; x, y, – отыскиваемые значения малых перемещений груза по оси Ox, Oy в м и его поворота вокруг оси Oz; EA - физико-геометрическая характеристика (жесткость на растяжение) гибкого элемента; E – модуль упругости гибкого элемента, скрученного из стальной отожженной проволоки (Е = 1107 кПа), Ai - площадь поперечного сечения гибкого элемента в м2: с учётом того, что в ней ni – число нитей в i –ом гибком элементе в шт.; di – диаметр проволоки гибкого элемента в м; 0.5l, yC, xW, zC, zWx – координаты точек приложения продольной, поперечной и вертикальной сил инерции и ветровой нагрузки соответственно по осям Ox, Oy и Oz; – угол, характеризующий движение поезда под уклон; xi и yi – координаты верхних монтажных петель гибких элементов; S0i - начальные натяжения гибких элементов крепления; Qx = Qsin; Qz = Qcos (Q – вес груза); хС расположение центра масс груза от принятого начала координат до поперечной оси симметрии вагона; zС расположение центра масс груза относительно оси абсцисс Ох; zWx – координата точки приложения ветровой нагрузки относительно оси абсцисс Ох; хN координата точки приложения реакции связи N относительно начало координат; h, b и l высота, ширина и длина груза; b0 – ширина основания груза; ар, bр и hр проекции гибкого элемента с длиной lр соответственно на продольную, поперечную и вертикальную оси груза.

Выражения (1)…(11) представляют собой систему алгебраических уравнений. Эти выражения позволяют непосредственно определять, например, усилия в гибких элементах креплений груза от одновременного приложения к ним продольных, поперечных и вертикальных сил.

В третьей главе диссертации изложены результаты разработки алгоритма автоматизированного расчета для определения усилий в гибких элементах креплений груза при движении поезда по прямому участку пути под уклон. На механическую систему «грузкреплениевагон» с одновременным действием продольной и вертикальной сил учитывается поперечная сила инерции, продольная составляющая веса груза, возникающая при движении поезда под уклон, а также ветровая нагрузка при движении поезда на прямом участке, как без уклона, так и с уклоном пути. Разработка усовершенствованной методики расчёта усилий в гибких элементах креплений, используемых для удержания груза, базируется на классических методах общей механики с применением универсальной среды MatCAD. В диссертации приведены макет-документы введенных в блок функций Given-Find систем уравнений (1)…(11). Для примера уравнение (1) представлено в виде

Блок-схема для расчета креплений груза приведена ниже (рисунок 2).

В диссертации приведена автоматизированная программа расчета креплений груза.

В четвертой главе подробно изложены результаты исследований по определению нагрузочных способностей гибких элементов креплений груза при движении поезда по прямому участку под уклон с учетом особенностей профиля пути (наличие неровности и уклона пути), выполненных в вычислительной среде MathCAD.

Изучены влияния геометрических (диаметра и количества нитей проволоки) и силовых (усилий предварительных натяжений) параметров креплений, веса груза и изменения климатических условий перевозки, косвенно учитываемых коэффициентом трения между контактирующими поверхностями, а также уклона пути на нагрузочные способности гибких элементов креплений груза от одновременного действия продольных, поперечных и вертикальных сил.

В диссертации выполнена проверка адекватности построенной математической модели и разработанной методики расчета усилий в гибких элементах креплений груза. Рассмотрены случаи, когда груз размещен в вагоне симметрично относительно осей симметрии вагона и элементы креплений груза воспринимают только поперечные и вертикальные силы, т. е. продольная сила Фх и ветровые нагрузки Wх, Wy равны нулю. Значения поперечного и вертикального переносных ускорений вагона с грузом принимались равными: aeу = 0,33g (Фу = 194.238 кН) и aez = 0,46g (Фz = 270,756 кН) методом подбора так, чтобы усилия в гибких элементах креплений не превышали допустимое значение (39.2 кН). Поезд движется по прямому участку пути.

В результате проведенных вычислительных экспериментов по определению усилий в креплениях груза получены следующие результаты:

ДА

НЕТ

ДА

НЕТ

Q = 588,6 вес груза, кН; Fтр0 = 323,73 сила трения от веса груза, кН; Tу = 124,81 сдвигающие груз силы по поперечной оси, кН; N = 671,55 нормальная реакция связи, кН; Fтр=369,35 полная сила трения, кН; координаты точки приложения N xC =4,55, м, xN = 4,55, м (поскольку на груз действуют только поперечные силы) и уN =0,334 м. Перемещение груза по поперечной оси (у = 0,089 м), перемещение по продольной оси вагона (x = 0 м), а также поворот вокруг вертикальной оси отсутствует. Усилия в гибких элементах креплений, работающих на растяжение по продольной оси в кН – S4 = 34,1; S3 = 33,95; S6 = 33,84; S7 = 32,96; S10 = 39,12; S14 = 6,12; S13 = 6,25; S16 = 6,36; S17 = 7,24; S20 = 1,07. Усилия в гибких элементах креплений, работающих на растяжение по поперечной оси в кН – S4 = 34,1; S3 = 33,95; S1 = 33,84; S2 = 32,96; S5 = 39,13; S9 = 34,1; S8 = 33,95; S6 = 33,84; S7 = 32,96; S10 = 39,13.

Анализируя результаты исследований, можно отметить, что:

- сдвигающая груз по продольной оси сила Тх по величине равна нулю, поскольку на механическую систему «грузкреплениевагон» в рассматриваемом случае она не действует. Поэтому координата приложения нормальной реакции связи N по продольной оси точно совпадает с центром тяжести груза, т. е. хN = хС = 4,55 м (половина длины груза). По поперечной оси координата приложения нормальной реакции связи равна уN = 0,334 м, поскольку на данную систему действуют только сдвигающие груз поперечные силы Ту. При этом отсутствует сдвиг груза по продольной оси (х = 0) и его поворот вокруг вертикальной оси ( = 0), также произошел сдвиг груза только по поперечной оси на у = 89 мм;

- от действий поперечных сил все гибкие элементы креплений (например, S14, S13, S16, S17, S20), расположенные симметрично относительно продольной оси симметрии вагона, практически не воспринимают нагрузку (т. е. провисают), поскольку полученные в них усилия в 3 раза меньше, чем заданные значения усилий предварительных натяжений S0i = 20,1 кН;

- от действий поперечных сил все гибкие элементы (например, 4 и 9; 5 и 10), расположенные симметрично относительно поперечной оси симметрии вагона, нагружены усилиями одинаковых значений (например, S4 = S9 = 34,1кН; S5 = S10 = 39,13 кН).

В диссертации рассмотрен случай перевозки легковесного груза при одновременном действии поперечных и вертикальных сил и при одновременном действии продольных, поперечных и вертикальных сил. Результаты вычислительных экспериментов сведены в таблицы, представлены в виде диаграмм и обработаны методами математической статистики (рис.3).

Чтобы определить характер поведения легковесного груза при перевозке на открытом подвижном составе, варьировались значения вертикальных ускорений, начиная с 0 до 0,66g с шагом az = 0,10g. Математически полученное полиномиальное уравнение регрессии сдвига

груза поперек вагона при различных значениях вертикальных переносных ускорений aez представлено в виде у = f(aez):

,

где a0 = 20, a1 = 1,753, a2 = 1,615, a3 = 1,414, a4 = 0,467, a5 = 0,068, a6 = 0,0036 коэффициенты при многочленах, имеющих соответственно размерности в виде мм; ммс2/м; мм(с2/м)2; мм(с2/м)3; мм(с2/м)4; мм(с2/м)5; мм(с2/м)6.

кН

aex, aey, aez продольные, поперечные и вертикальные ускорения.

Рисунок 3 Диаграмма распределения усилий в креплениях

по продольной и по поперечной оси (Si, кН)

Графические зависимости поперечных смещений груза от различных значений вертикальных переносных ускорений вагона, построенные по данным таблицы, приведены на рисунке 4 и 5.

Рисунок 4 Графическая зависимость у = f(aez)

Анализ результатов исследований показал, что значения усилий в гибких элементах креплений при заданных величинах поперечной и вертикальной сил инерции почти 1,5 раза меньше, чем допустимые (39,2 кН). Таким образом, при движении поезда по прямому участку пути действие только поперечных и вертикальных сил инерции на механическую систему «грузкреплениевагон» практически не оказывает заметного влияния на нагрузочные способности гибких элементов креплений. Однако на прямом участке пути, кроме поперечных и вертикальных сил инерции, возникает еще и продольная переносная сила инерции вагона, которая также оказывает значительное влияние на нагрузочную способность гибких элементов креплений груза (см. рисунок 3).

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»