close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Компьютерное моделирование динамики вагона-цистерны с жидким грузом

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ЖИТКОВ
Юрий Борисович
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ
ВАГОНА-ЦИСТЕРНЫ С ЖИДКИМ ГРУЗОМ
Специальность 05.22.07 – Подвижной состав железных дорог, тяга
поездов и электрификация
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург 2018
Диссертационная работа выполнена в федеральном государственном бюджетном
образовательном
учреждении
высшего
образования
«Петербургский
государственный университет путей сообщения Императора Александра I»
(ФГБОУ ВО ПГУПС) на кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство»
Научный руководитель:
Бороненко Юрий Павлович
доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:
Савоськин Анатолий Николаевич, доктор
технических наук, профессор, федеральное
государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования «Российский
университет транспорта (МИИТ)», г. Москва,
профессор
кафедры
«Электропоезда
и
локомотивы»
Рудакова Екатерина Александровна, кандидат
технических наук, общество с ограниченной
ответственностью
«Всесоюзный
научноисследовательский
центр
транспортных
технологий», г. Санкт-Петербург, руководитель
отдела комплексных исследований динамики
взаимодействия экипажа и пути - ведущий
научный сотрудник
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Уральский государственный университет путей
сообщения», г. Екатеринбург
Ведущая организация:
Защита состоится «03» декабря 2018 г. в 15 часов 30 минут на заседании
диссертационного совета Д 218.008.05 на базе ФГБОУ ВО «Петербургский
государственный университет путей сообщения Императора Александра I» по
адресу: Россия, 190031, г. Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9, ауд. 5-407.
С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке университета и на сайте ФГБОУ ВО ПГУПС (www.pgups.ru). Автореферат размещен на сайте Минобрнауки России (www.vak.ed.gov.ru).
Автореферат разослан «03» октября 2018 г.
Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просим направлять в адрес ученого совета университета.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
к.т.н., доцент
Андрей Михайлович Евстафьев
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Перевозка грузов в железнодорожных вагонах-цистернах проводится при условии частичного заполнения котла
жидкостью. Колебание свободной поверхности жидкости оказывает влияние на динамику вагона, что в свою очередь придает особенность движению вагонов-цистерн в сравнении с вагонами, перевозящими твердые грузы.
Для выявления особенностей движения, оценки динамических качеств, воздействия на путь, безопасности, а также оценки различных технических решений для ходовых частей вагона целесообразно использовать
современные методы компьютерного моделирования динамики рельсовых
экипажей. Это позволяет увеличить точность расчетов, значительно сократить затраты при проведении дорогостоящих испытаний и повысить
надежность железнодорожного транспорта.
Степень разработанности темы исследования. Исследования, связанные с динамикой вагонов, динамическими качествами, воздействием на
путь, а также безопасностью движения, проводились научными коллективами ПГУПСа, МИИТа, ВНИИЖТа, ДИИТа, БелГУТа, БГТУ (БИТМ).
Необходимо отметить, что математические модели вагонов, используемые
при расчетах, имеют упрощения при описании силовых связей, таких как
«пятник–подпяник» или «фиркционный клин – фрикционная планка», и
требуют уточнения, так как оказывают влияние на результаты расчетов.
Анализ исследований динамики тел с жидкостью показал, что при
компьютерном моделировании возможно использование механических
аналогий жидкости, которые позволяют получать результаты с достаточной степенью точности. Многие механические аналогии описаны системами дифференциальных уравнений, однако отсутствует способ использования этих моделей в автоматизированных программных комплексах расчета
динамики рельсовых экипажей.
1
Цель работы. Целью работы является разработка математической
модели вагона-цистерны с учетом частичного заполнения жидким грузом
для решения задач по оценке ходовых качеств, воздействия на путь и безопасности движения, которую возможно применять в современных автоматизированных программных комплексах, таких как «Универсальный механизм» и др.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
1.
Разработка математической модели жидкого груза, адаптирован-
ной для применения в автоматизированном программном комплексе;
2.
Разработка математической модели перевалки кузова вагона на
пятнике с нелинейной силовой характеристикой и способа её реализации в
автоматизированном программном комплексе;
3.
Уточнение способа описания работы фрикционного гасителя ко-
лебаний и жесткости рессорного комплекта на «забегание» боковых рам;
4.
Проведение сравнительного анализа между динамикой вагона с
жидким грузом и вагона с полностью «застывшим» грузом;
5.
Проведение экспериментальной проверки разработанных мате-
матических моделей.
Научная новизна. Разработана уточненная математическая модель
вагона-цистерны с частичным заполнением жидким грузом, ориентированная на использование в современном программном комплексе расчета
динамики рельсовых экипажей, при этом:
1.
Предложен способ моделирования гидродинамических сил и
гидродинамических моментов, образованных жидким грузом, с помощью
математических маятников, которые закреплены на специальные «телаподвески». Совместно с «телами-подвесками» используются дополнительные вертикальные силы. Такой способ позволил компенсировать неравенство суммарной массы закрепленных маятников, которые совершают ко-
2
лебания в разных плоскостях, по отношению к массе жидкого груза, вмещаемого в котел вагона;
2.
Разработана новая математическая модель связи узла «пятник-
подпятник», с использованием модели упруго-безынерционного основания Винклера;
3.
Математическая модель связи узла «пятник-подпятник» адапти-
рована для использования в программном комплексе «Универсальный механизм». Предложен способ описания нелинейной силовой характеристики
при перевалке кузова;
4.
В программном комплексе MathCad разработана программа для
автоматизированного расчета нелинейной силовой характеристики перевалки кузова вагона на пятнике, позволяющая также строить скелетную
кривую свободных колебаний, определять момент трения при повороте тележки и ширину зоны контакта;
5.
Предложен способ описания работы фрикционных гасителей ко-
лебаний тележки с использованием «кинематических функций», которые
позволяют определять силы трения в каждый момент времени в зависимости от направления движения клина и силы поджатия пружины;
6.
Предложен способ описания работы рессорного комплекса те-
лежки при «забегании» боковых рам, который реализует кусочнолинейную силовую характеристику.
Теоретическая и практическая значимость работы.
1.
Уточненная математическая модель вагона-цистерны с жидким
грузом позволяет изучать особенности динамики вагона с учетом подвижной жидкости при различных режимах движения.
2.
Применение предложенной математической модели вагона-
цистерны позволяет оценивать влияние различных технических решений
ходовых частей, их технического состояния, параметров связей между
элементами конструкции на показатели динамических качеств, воздей3
ствия на путь и безопасность движения.
3.
Новая математическая модель связи «пятник-подпятник» позво-
ляет более точно описывать физические процессы, происходящие при перевалке кузова вагона на пятниках.
4.
Программа, разработанная в программном комплексе MathCad,
позволяет автоматизировано определять силовую характеристику при перевалке кузова вагона с учетом различного износа пятника.
Методология и методы исследования. Исследование динамики вагона-цистерны с жидким грузом проводилось методом математического
моделирования в программном комплексе «Универсальный механизм».
При описании математической модели колебаний жидкости использовалась маятниковая аналогия, которая позволила перейти от уравнений колебаний жидкости к уравнениям колебаний маятников.
Нелинейная силовая характеристика связи узла «пятник-подпятник»
получена при использовании модели упруго-безынерционного основания
Винклера. Задача по определению числовых значений связи решалась с
использованием программного комплекса MathCad.
Положения, выносимые на защиту.
1.
Математическая модель вагона-цистерны с учетом простран-
ственных колебаний жидкости;
2.
Математическая модель связи узла «пятник-подпятник»;
3.
Уточненная математическая модель рессорного подвешивания,
включая работу фрикционных клиньев и описание жесткости рессорного
комплекта при «забегании» боковых рам;
4.
Результаты исследований по влиянию различного уровня запол-
нения котла вагона-цистерны жидким грузом на динамику вагона.
Степень достоверности. Достоверность результатов моделирования
динамики вагона-цистерны с жидким грузом подтверждается сравнением
результатов расчетов с работами и экспериментами других авторов.
4
Достоверность
математической
модели
связи
узла
«пятник-
подпятник» и фрикционных гасителей колебаний подтверждается проведенными экспериментами. Установлена хорошая сходимость результатов
расчетов с экспериментами, проводимых в рамках исследования, а так же с
результатами экспериментов и исследований других авторов.
Реализация результатов работы. Разработанная математическая модель вагона используется в АО «НВЦ «Вагоны» для проведения исследований в области железнодорожного транспорта.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и
обсуждались на XI Международной научно-технической конференции
«Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты», 2016 год
(ПГУПС, Санкт-Петербург); на XII Международной научно-технической
конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты»,
2017 год (ПГУПС, Санкт-Петербург); на 25th International Symposium on
Dynamics of Vehicles on Road and Tracks, 2017 год (Центральный университет Квинсленда, Рокгемптон, Австралия), на Workshop on the Effects of
Tank Car Sloshing on Rail Transportation Safety, 2017 год (NRC Canada).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6
печатных работах, из них 2 – в изданиях, включённых в Перечень изданий,
рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов диссертационных
работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает
в себя введение, четыре главы, заключение, одно приложение и изложена
на 118 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц и 40 рисунков. Список использованных источников насчитывает 173 наименования.
5
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение содержит обоснование актуальности выбранной темы,
определение цели работы, задачи для достижения поставленной цели, общую характеристику диссертационной работы.
В первой главе представлен обзор работ в области динамики и безопасности движения подвижного состава, проведен анализ работ по моделированию динамики тел с полостями, частично заполненными жидкостью. Отмечен вклад, который внесли работы сотрудников ПГУПСа,
МИИТа, ВНИИЖТа, ДИИТа, БелГУТа, БГТУ (БИТМ) и других научных
организаций.
Начиная с XX в. большой вклад в области исследования динамики и
безопасности движения подвижного состава внесли работы Е.П. Блохина,
Г.И. Богомаза,
М.Ф. Вериго,
С.В. Вершинского,
М.В. Винокурова,
В.Н. Данилова, Ю.В. Дёмина, Н.Е. Жуковского, Картера, Б.Г. Кеглина,
Н.А. Ковалева, С.М. Куценко, В.А. Лазаряна, В.Б. Меделя, де Патера,
Д.Ю. Погорелова,
Н.А. Радченко,
В.Ф. Ушкалова,
И.И. Челнокова,
Ю.М. Черкашина, Г.М. Шахунянца и других ученых.
Увеличение скоростей движения и массы вагонов требовало постоянного уточнения математических моделей в части учета различных параметров силовых связей между элементами вагона и характера груза.
Одной из силовых связей, которой уделено внимание при обзоре, является связь «фрикционный клин - фрикционная планка». Вопросы, связанные с фрикционными гасителями колебаний, рассмотрены в работах
В.В. Абашкина,
П.С. Анисимова,
Ю.П. Бороненко,
В.М. Гарбузова,
В.А. Кошелева,
А.М. Орловой,
Ю.С. Ромена,
М.М. Соколова,
В.Д. Хусидова, И.И. Челнокова и других ученых. В работах отмечается
необходимость учета нелинейного характера работы фрикционного гасителя колебаний, а также жесткости рессорного комплекта при «забегании»
боковых рам.
6
Узел «пятник – подпятник» является особенностью конструкции грузового вагона. Традиционно применяются следующие математические модели, описывающие это место соединения: шарнир с линейно-упругими
элементами, опора с цилиндрической поверхностью, абсолютно твердое
тело, которое последовательно переваливается относительно своих краев,
контактный силовой элемент типа «точка-плоскость» и другие. Отмеченные модели не позволяют выявить многие особенности перевалки кузова.
Разработкой теории движения тел с жидкостью занимались такие ученые как Н.Я. Богаев, В.В. Болотин, Н.Е. Жуковский, П.С. Краснощеков,
С.Г. Крейн,
Н.Н.
С.И. Крушинская,
Моисеев,
Б.И. Рабинович,
И.А. Луковский,
Г.Н. Микишев,
Г.С. Нариманов,
Д.Е. Охоцимский,
Г.Е. Павленко,
Б.Н. Румянцев,
Н.А. Слезкин,
Л.Н. Стеренский,
Ф.Л. Черноусько, А.Г. Шмидт. К исследованиям о колебании жидкости в
области
железнодорожного
С.В. Беспалько,
М.Ф. Вериго,
Н.Н. Кудрявцева,
М.М. Соколова,
транспорта
Е.П. Блохина,
К.И. Гопака,
отнести
работы
Г.И. Богомаза,
Ю.П. Бороненко,
П.И. Горькова,
А.А. Долматова,
В.И. Перехреста,
А.Н. Филатова,
можно
А.В. Путято,
В.Н. Филиппова,
Ю.С. Ромена,
Ю.М. Черкашина,
А.О. Шимановского и других ученых.
Обзор показал, что к настоящему времени разработано множество математических моделей колебания жидкости, одни из которых основаны на
механических аналогиях. Это позволяет упростить задачу, но решать её с
достаточной для инженерных расчетов точностью. Дифференциальные
уравнения колебаний жидкости, описанные в различных источниках, могут служить основой для разработки собственных программ расчета динамического процесса. Однако для сокращения затрат времени необходима
адаптация существующих моделей для их применения в автоматизированных программных комплексах.
К тому же, при разработке математической модели вагона необходимо
7
учитывать особенности работы фрикционных гасителей колебаний, параметры связи между элементами тележки и перевалку кузова на пятнике,
так как это оказывает влияние на результаты моделирования динамики.
Во второй главе представлена математическая модель вагонацистерны с учетом частичного заполнения жидкостью и уточненным описанием связей кузова вагона с тележками.
На первом этапе было рассмотрено место контакта пятника кузова
вагона с надрессорной балкой тележки. Для уточнения физических процессов при перевалке кузова разработана новая математическая модель
связи
узла
«пятник-подпятник»,
основанная
на
модели
упруго-
безынерционного основания Винклера. Это позволило получить нелинейную силовую характеристику связи Мвосст(θ) при перевалке кузова, момент
трения МТР(θ) при повороте тележки, а также нелинейную зависимость ξ(θ)
ширины зоны контакта от угла наклона кузова и скелетную кривую f(Am)
свободных колебаний (рисунок 1).
Отмечено несколько вариантов нагружения пятника: первый равномерное распределение нагрузки по всей
площади под опорной
поверхностью пятника;
второй - неравномерное
распределение нагрузки
Рисунок 1 – Нелинейные характеристики ξ(θ), Мвосст(θ),
f(Am), МТР(θ) при перевалке кузова вагона на пятнике
без отрыва края пятника от подпятника; третий - неравномерное распределение нагрузки при отрыве края пятника от подпятника.
Когда пятник имел плоскую опорную поверхность, отмеченные зависимости для первых двух вариантов нагружения имели линейный вид. Для
третьего варианта нагружения уравнение колебаний приобретало нелиней8
ный вид. Возвращающий момент MR при опрокидывании кузова и момент
трения MT при повороте тележки определялись по формулам



Q 3R 4  6R     2  ( R   ) 2  R 2  R 2  ( R   ) 2 
8 R 2  ( R   ) 2  (2 R 2  ( R   ) 2 ) 



 R   
2
2 3
 6 R 4    arccos 

   16(  R)  R  ( R   )
 R 
2

,
 R   
2
 3R  ( R   )  arccos 

 R 
MR 

M T  2c tan( )
 R  
arccos

 R 

0
d

R
 cos( )    R  d ,
2
R
cos( )
где Q – вертикальная сила тяжести кузова; R – радиус пятника; ξ – ширина
зоны контакта пятник-подпятник; с – коэффициент постели; μ – коэффициент трения; ρ – радиус вектор; φ – половина центрального угла   arccos  ( R   ) R  .
Зависимость между углом наклона кузова и шириной зоны контакта
после отрыва края пятника от подпятника имела вид
tan( ) 
3Q

 R   
c   R 2  ( R   ) 2  (2 R 2  ( R   ) 2 )  3R 2  ( R   )  arccos 

 R 

.
Для автоматизации расчетов была разработана программа для вычисления числовых значений обозначенных параметров в программном комплексе MathCad, которая также позволяла учитывать влияние различного
износа поверхности пятника.
В дельнейшем разработанная математическая модель была адаптирована для описания краевого опирания пятника в программном комплексе
«Универсальный механизм».
На втором этапе предложен способ описания работы фрикционных
гасителей колебаний тележки в программном комплексе «Универсальный
механизм» с использованием «кинематических функций», что позволило
9
учесть количественную взаимосвязь горизонтального и вертикального
демпфирования, важность которой была отмечена в различных работах
других исследователей. Учтено изменение силы трения в зависимости от
направления движения фрикционного клина
VZ

 FТр _ z  FТр V ;
;

Vy
F
 FТр ,
 Тр _ y
V
sin( )  f N cos( )

CzКЛ fТ (1  f f ) cos(   )  ( f  f )sin(   )  КЛ ,

Т N
N
T
FТР  
sin(

)

f
cos(

)
N
Cz f
 ,
 КЛ Т (1  fТ f N ) cos(   )  ( f N  fT )sin(   ) КЛ
при Vz  0;
при Vz  0.
где FТР_z, FТР_y – проекции силы трения; VZ, VY – проекция вектора скорости
перемещения клина; CzКЛ – вертикальная жесткость пружин под клином;
fT – коэффициент трения между вертикальной поверхностью клина и
фрикционной планкой боковой рамы; fN – коэффициент трения между
наклонными поверхностями клина и надрессорной балки; α – угол заострения клина; β – угол между наклонной поверхностью клина, соприкасающейся с фрикционной планкой, и вертикалью; Δкл – прогиб пружины,
определяемый на каждом шаге интегрирования.
Также предложен способ описания работы рессорного комплекса тележки при «забегании» боковых рам, который реализует кусочнолинейную силовую характеристику. Это было достигнуто путем добавления к жесткости пружин на поворот (вокруг вертикальной оси) дополнительного момента сопротивления, образованного опрокидыванием фрикционного клина M  2Tq0  2q0
где
fT  f N N sin( )
,
fT  f N sin 2 ( )
Т – величина равнодействующей на вертикальные поверхности кли-
на от статической нагрузки; N – величина нормальной реакции на эквивалентной наклонной плоскости клина; q0 – половина ширины клина.
На третьем этапе при разработке модели колебания жидкости использовалась маятниковая аналогия, предложенная Г.И. Богомазом. Однако указанный способ обладает недостатками, связанными с невозможностью его использования в автоматизированных программных комплексах
10
расчета динамики рельсовых экипажей. Поэтому был предложен способ
моделирования гидродинамических сил и гидродинамических моментов с
помощью математических маятников через специальные «тела-подвески»
с приложением к ним дополнительных вертикальных сил (рисунок 2).
Такой способ позволил передавать воздействие от колеблющихся маятников только в тех плоскостях, в
которых они должны
оказывать воздействие,
и компенсировать неравенство их общей масРисунок 2 – Модифицированная расчетная схема котла
вагона-цистерны с жидким грузом, реализуемая в программном комплексе «Универсальный механизм»
сы по отношению к
массе жидкого груза,
вмещаемого в котел вагона. Введен маятник, моделирующий нулевой тон
колебаний, когда свободная поверхность жидкости остается плоской и
перпендикулярной вектору массовых сил.
В третьей главе представлены результаты моделирования движения
вагона-цистерны модели 15-1547 по прямому и кривому (радиуса 600 м)
участкам пути в диапазоне скоростей от 40 до 120 км/ч. Каждой скорости
соответствовало движение вагона с различным уровнем заполнения котла:
98%, 93%, 81%, 66%. При этом сравнивались особенности движения вагона при условиях представления жидкости как подвижного груза, и как
полностью «застывшего».
По результатам моделирования движения в прямой установлено:
1.
Уровень заполнения оказывал влияние только на вертикальное
воздействие. Боковое воздействие и устойчивость колеса от схода при увеличении недолива не изменялось.
11
2.
Отличие вертикального воздействия было незначительным для
вагонов при различном уровне эксплуатационного недолива и составляло около 6%. Для вагона с заполнением менее 80% (менее эксплуатационного заполнения) вертикальное воздействие увеличивалось до 17%.
3.
Вагон с жидким грузом при заполнении 98% показывал схожие
результаты по динамическим характеристикам и воздействию на путь в
сравнении с вагоном с полностью «застывшим» грузом.
4.
Вагон с жидким грузом при заполнении 81-93% имел преимуще-
ства по показателям динамических качеств и воздействию на путь в сравнении с вагоном с «застывшим» грузом.
5.
При движении вагона в прямой с постоянной скоростью, жид-
кость выступала в качестве динамического гасителя колебаний и улучшала
динамические качества в сравнении с вагонами, перевозящими твердые
грузы.
По результатам моделирования движения в кривой:
1.
Уровень заполнения оказывал значительное влияние на коэффи-
циент вертикальной динамики и отношение рамной силы к статической осевой. Уменьшение уровня заполнения до 80% приводило к увеличению коэффициента вертикальной динамики на 55-77%, и увеличению отношения
рамной силы к статической осевой до 12%.
2.
Вагон с жидким грузом имел худшие динамические характери-
стики в сравнении с вагоном с полностью «застывшим» грузом. При
уменьшении уровня эксплуатационного заполнения с 98% до 80%, коэффициент вертикальной динамики отличался в сторону увеличения
на 17-33%; отношение рамной силы к статической осевой увеличивалось
на 9-15%.
3.
Коэффициент запаса устойчивости от схода с рельс для вагона с
жидким грузом выше в сравнении с вагоном с полностью «застывшим»
12
грузом. Различие при загрузке 98% и 93% cоставляло около 9%, при загрузке 81% и 66% достигало 22%.
В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований по перевалке кузова вагона на пятнике и проверке математической модели «фрикционный клин – фрикционная планка».
Эксперименты по перевалке вагона на пятнике проводились при различной загрузке вагона и с различной конструкцией узла «пятникподпятник». Результаты показали нелинейную зависимость частоты свободных колебаний от амплитуды. Частота свободных колебаний при
больших амплитудах отличалась в меньшую сторону от частоты при малых амплитудах. Установлено хорошее совпадение эксперимента с результатами расчетов (рисунок 3).
Груженый вагон
0.016
0.014
Эксперимент
0.014
0.012
Расчет
0.012
0.01
0.008
0.006
Амплитуда, рад.
Амплитуда, рад
0.016
0.01
0.008
0.006
0.004
0.004
0.002
0.002
0
Порожний вагон
Эксперимент
Расчет
Эксперимент
Расчет
0
0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9
0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9
Частота, Гц
Частота, Гц
Рисунок 3 – Сравнение результатов эксперимента по перевалке кузова
на пятнике с результатами расчета
При проверке математической модели «фрикционный клин – фрикционная планка» сравнивались результаты, полученные на испытаниях вагона по определению коэффициента относительного трения, с результатами
расчетов. Расчеты на математической модели показали хорошее качественное и количественное совпадение, погрешность составила менее 10%.
13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе выполнен комплекс исследований по разработке математической модели вагона-цистерны с частичным заполнением жидким грузом
для проведения компьютерного моделирования динамики в современном
автоматизированном программном комплексе «Универсальный механизм»,
при этом:
1.
Предложен способ моделирования гидродинамических сил и
гидродинамических моментов с помощью математических маятников через специальные «тела-подвески» с приложением к ним дополнительных
вертикальных сил, что позволило передавать воздействие от колеблющихся маятников только в тех плоскостях, в которых они должны оказывать
воздействие, и компенсировать неравенство их общей массы по отношению к массе жидкого груза, вмещаемого в котел вагона.
2.
связи
Разработана новая математическая модель нелинейной силовой
«пятник-подпятник»,
основанная
на
модели
упругого-
безынерционного основания Винклера.
Разработана программа для определения числовых значений силовой
характеристики перевалки кузова на пятниках, момента трения при повороте тележки и ширины зоны контакта с учетом возможных износов пятника.
3.
Уточнена модель, описывающая работу фрикционного гасителя
колебаний, за счет учета количественной взаимосвязи горизонтального и
вертикального демпфирования, а также изменения величины силы трения
в зависимости от направления движения клина. Предложен способ описания работы рессорного комплекта тележки при «забегании» боковых рам,
который реализует кусочно-линейную силовую характеристику.
4.
Проведено моделирование движения вагона-цистерны с различ-
ным уровнем заполнения котла жидким грузом по прямому и кривому
участкам пути радиуса 600 м.
14
Показано, что в прямых участках пути при устоявшемся движении
уровень недолива практически не влияет на боковое воздействие. Увеличение недолива приводит к увеличению коэффициента вертикальной динамики только в случае заполнения котла менее 80%.
В кривых участках пути среднего радиуса (600 м) уровень недолива
оказывал значительное влияние на вертикальное и боковое воздействие
при различном заполнении. Наблюдалось различие в динамических характеристиках между вагоном с жидким и «застывшим» грузом. Колебания
жидкости увеличивали коэффициент вертикальной динамики до 33%. Отношение рамной силы к статической осевой увеличивалось до 15%.
5.
Проведены эксперименты по перевалке кузова вагона на пятнике
для подтверждения адекватности разработанной математической модели
связи узла «пятник-подпятник». Подтверждена нелинейная зависимость
между частотой свободных колебаний и амплитудой.
Математическая модель связи «фрикционный клин – фрикционная
планка» показала хорошую сходимость полученных результатов с результатами испытаний, расхождение составило менее 10%.
6.
Разработанные математические модели вагонов, реализованные в
программном комплексе «Универсальный механизм», используются для
исследований в АО «НВЦ «Вагоны», г. Санкт-Петербург.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:
в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1.
Житков Ю.Б. Уточнение силовой характеристики связи кузова вагона с тележ-
ками при перевалке на плоских пятниках / Ю.П. Бороненко, Ю.Б. Житков // Известия
ПГУПС, том 13, выпуск 2(47), 2016. – С.133 – 145.
2.
Житков Ю.Б. Особенности динамики вагона-цистерны с жидким грузом / Ю.П.
Бороненко, Ю.Б. Житков // Известия ПГУПС, том 14, выпуск 4, 2017. – С. 597 – 604.
15
в прочих изданиях:
3.
Житков Ю.Б. Уточнение силовой характеристики связи кузова вагона с те-
лежками при перевалке на плоских пятниках / Ю.П. Бороненко, Ю.Б. Житков, Т.М Белгородцева // Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты: материалы XI
Международной научно-технической конференции. - Санкт-Петербург, 6-10 июля 2016
г. - СПб.: ФГБОУ ВПО ПГУПС, 2016. – С.146 – 147.
4.
Житков Ю.Б. Особенности динамики вагона-цистерны с жидким грузом /
Ю.П. Бороненко, Ю.Б. Житков // Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты: материалы XII Международной научно-технической конференции. - СПб.: ФГБОУ
ВПО ПГУПС, 2017. – С.41 – 41.
5.
Yu.B. Zhitkov. Special considerations relating to dynamics of liquid cargo rail
tank car / Yu.P. Boronenko, Yu.B. Zhitkov // Proceedings of the 25th Symposium of the International Association of Vehicle System Dynamics (IAVSD 2017), Rockhampton, Queensland, Australia, 14–18 August 2017, vol. 2. – P.1249 – 1254.
Ю.Б. Житков. Особенности колебаний вагона-цистерны с жидким грузом / Ю.П.
Бороненко, Ю.Б. Житков // Симпозиум международной ассоциации по вопросам динамики транспортных средств, Рокгемптон, Квинсленд, Австралия, 14-18 Августа 2017 г.,
часть 2. – С.1249-1254
6.
Yu.B. Zhitkov. Improvement of torque characteristics of railcar body linkage with
bogies during rocking on center plates / Yu.P. Boronenko, Yu.B. Zhitkov // Proceedings of
the 25th Symposium of the International Association of Vehicle System Dynamics (IAVSD
2017), Rockhampton, Queensland, Australia, 14–18 August 2017, vol. 2. – P.771 – 776.
Ю.Б. Житков. Уточнение силовой характеристики при перевалке кузова вагона
на пятниках / Ю.П. Бороненко, Ю.Б. Житков // Симпозиум международной ассоциации
по вопросам динамики транспортных средств, Рокгемптон, Квинсленд, Австралия,
14-18 Августа 2017 г., часть 2. – С.771-776.
Подписано к печати
28.09.2018
Печ.л. – 1,0
Печать – ризография
Бумага для множит. апп.
Формат 60х84 1/16
Тираж 100 экз.
Заказ № 733.
Тип. ПГУПС
190031, С-Петербург, Московский пр.
16
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
11
Размер файла
481 Кб
Теги
динамика, грузов, моделирование, цистерна, компьютерные, жидкий, вагон
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа