GONDOLA CARS DYNAMICS FROM THE ACTION OF LONGITUDINAL FORCES

ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online) Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2019, № 6 (84) РУХОМИЙ СКЛАД І ТЯГА ПОЇЗДІВ УДК 629.463.65.015:625.1.03 А. О. ШВЕЦЬ1* 1*Каф. «Теоретична та будівельна механіка», Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дніпро, Україна, 49010, тел. +38 (050) 214 14 19, ел. пошта , ORCID 0000-0002-8469-3902 ДИНАМІКА ПІВВАГОНІВ ВІД ДІЇ ПОЗДОВЖНІХ СИЛ Мета. Основною метою роботи є дослідження впливу поздовжніх квазістатичних розтягувальних та стискних сил у піввагонах, що виникають за стаціонарних та перехідних режимів руху поїзда, на їх основні динамічні показники та показники взаємодії рухомого складу з рейковою колією з урахуванням можливості збільшення швидкості руху. Актуальність цього дослідження пов’язана з необхідністю контролювати поздовжні сили, що виникають за стаціонарних та перехідних режимів руху поїзда, у разі збільшення швидкості руху, маси й довжини поїздів, особливо вантажних, підвищення потужності локомотивів. Методика. Основним методом вивчення динамічної навантаженості піввагона на типових трьохелементних візках є математичне та комп’ютерне моделювання взаємодії рухомого складу та колійної структури на основі моделі просторових коливань зчепу вантажних вагонів. У теоретичному дослідженні розглянуто вплив квазістатичних поздовжніх розтягувальних та стискних сил залежно від зміни швидкості та значення сили від розтягання величиною 1 МН; 0,5 МН; 0 МН і до стискання 0,5 МН; 1 МН. Результати. У результаті теоретичних досліджень та після проведення моделювання з урахуванням процесів коливання піввагонів під дією квазістатичних поздовжніх сил, обмежених нормами до ± 1 МН (100 тс), отримано залежності основних нормованих технічною документацією показників з урахуванням величини швидкості руху. Наукова новизна. Досліджено вплив поздовжніх стискних та розтягувальних сил на динамічну навантаженість вантажного вагона з метою прогнозування динаміки рухомого складу, з урахуванням величини швидкості руху по криволінійних ділянках залізничної колії. Практична значимість. Застосування отриманих результатів може підвищити стійкість вантажного рухомого складу й міцність залізничної колії, що у свою чергу дозволить зняти деякі наявні обмеження допустимих швидкостей і збільшити технічну швидкість руху поїздів. Отримані залежності основних нормованих показників від поздовжньої квазістатичної сили дозволять прогнозувати розвиток відхилень і попереджати їх перетворення в небезпечні для руху поїздів. Ключові слова: піввагон; динамічні показники; криволінійні ділянки колії; поздовжні сили; швидкість руху Вступ Зі збільшенням швидкостей руху, мас і довжин поїздів, особливо вантажних, підвищенням потужностей локомотивів, потрібно контролювати поздовжні сили, що виникають за стаціонарних та перехідних режимів руху поїзда [13–17]. Із позиції безпеки руху небезпечними можуть виявитись поздовжні сили квазістатичного характеру або сили ударного характеру, що містять такі квазістатичні складові. Такого роду сили за певних умов можуть викликати видавлювання (або витискання) вагонів зі складу поїзда [6–8]. Creative Commons Attribution 4.0 International doi: https://doi.org/10.15802/stp2019/195821 142 Процес взаємодії рухомого складу та верхньої будови колії визначається багатьма факторами: наявністю ухилів і кривих ділянок колії, вагою, довжиною та швидкістю руху поїздів, потужністю локомотива або групи локомотивів, тобто максимальної гальмової сили. Концентрація великої гальмівної сили (до 80 % від максимальної сили тяги) на короткій ділянці колії (довжині локомотива) в голові поїзда та набігання незагальмованих задніх вагонів призводять до встановлення вагонів першої третини поїзда в рейковій колії з перекосом. Останнє впливає на підвищене тертя гребенів колісних © А. О. Швець, 2019 ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online) Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2019, № 6 (84) РУХОМИЙ СКЛАД І ТЯГА ПОЇЗДІВ пар вагонів об бокову поверхню рейок, підвищений угін колії та її розшивку, зростання бокового зносу рейок, підріз бандажів колісних пар вагонів і навіть локомотивів. Збільшення ваги та довжини поїздів різко погіршує розглянуту ситуацію [18–20]. У разі збільшення швидкості руху зменшується коефіцієнт зчеплення; крім того, у певні моменти в результаті вертикальних коливань надресорної будови колісна пара частково розвантажується. Усе це призводить до зменшення сили тертя між колесом і рейкою в поперечному напрямку та ударного навантаження рейки гребенем колісної пари. Тому навіть за малих значень поперечних складових стискних сил, які виникають через перекіс вагонів у рейковій колії в разі стиснення поїзда хвостовими вагонами, відзначається різке зростання горизонтальних сил у колії, що сприяє не тільки її розшивці, але й перекиданню (вивертанню) рейки на прямих ділянках колії [5, 9–11]. У моменти прикладання тягових зусиль або на початку гальмування поїзда можуть виникати короткочасні ударні сили значної величини. Найбільший інтерес для вивчення динамічної взаємодії рухомого складу та колійної структури представляють довготривалі сили, що виникають у тяговому режимі на затяжних ухилах та під час гальмувань, особливо рекуперативних. Мета відповідно до викладеного метою цієї роботи є дослідження впливу поздовжніх квазістатичних розтягувальних та стискних сил у піввагонах на основні показники динаміки та взаємодії рухомого складу з рейковою колією з урахуванням швидкості руху. Методика В основу математичної моделі просторових коливань зчепу вантажних вагонів покладені дослідження, описані в роботах [2, 3, 12] та доповнені параметрами, необхідними для вивчення динамічних процесів у поїзді. Розрахункова схема піввагона наведена на рис. 1, де також показані додатні напрямки для всіх переміщень і кутів повороту. Рис. 1. Розрахункова схема 4-вісного вантажного вагона Fig. 1. Design scheme of a 4-axle freight car Математична модель просторових коливань зчепу вагонів у складі поїзда (рис. 2), наведена в роботі [2], розглядає один рейковий екіпаж за найбільш повною розрахунковою схемою («нульовий»), а розрахункові схеми сусідніх вагонів спрощують по мірі віддалення від нього в обидві сторони. Creative Commons Attribution 4.0 International doi: https://doi.org/10.15802/stp2019/195821 Розрахунковою схемою «нульового» екіпажу є механічна система з 58 ступенями свободи [3]. Вагони, сусідні з «нульовим», представлені як механічні системи, що мають 12 ступенів свободи. Розрахункові схеми, які описують коливання цих вагонів, враховують забігання бокових рам візка. © А. О. Швець, 2019 143 ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online) Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2019, № 6 (84) РУХОМИЙ СКЛАД І ТЯГА ПОЇЗДІВ Рис. 2. Схема діючих поздовжніх навантажень в автозчепле (...truncated)