Визначення навантаженості несучої конструкції вагона-цистерни при експлуатаційних режимах

Анотація

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 вагона-цистерни 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 вагона-прототипу. 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.