Обґрунтування оптимізації несучої конструкції вагона-хопера для перевезення окатишів та гарячого агламерату

Автор(и)

  • Oleksij Fomin Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071, Україна https://orcid.org/0000-0003-2387-9946
  • Alyona Lovska Український державний університет залізничного транспорту пл. Фейєрбаха, 7, м. Харків, Україна, 61050, Україна https://orcid.org/0000-0002-8604-1764
  • Inna Skliarenko Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071, Україна https://orcid.org/0000-0002-1428-1793
  • Yurii Klochkov Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071, Україна https://orcid.org/0000-0002-1027-1811

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.193408

Ключові слова:

вагон-хопер, спеціалізований вагон, несуча конструкція, міцність кузова, динамічна навантаженість, оптимізація кузова

Анотація

Проведено визначення показників міцності несучої конструкції вагона-хопера для перевезення окатишів та гарячого агломерату. Розрахунок здійснений за методом скінчених елементів, який реалізовано в програмному забезпеченні CosmosWorks. Визначено резерви міцності несучих елементів кузова. З метою зменшення матеріалоємності кузова вагона запропоновано використання у якості несучих елементів труб круглого перерізу. Для визначення прискорень, які діють на оптимізовану несучу конструкцію вагона при маневровому співударянні, проведено математичне моделювання. Встановлено, що прискорення, які діють на несучу конструкцію вагона, складають 42,4 м/с  (4,3 g). Отримана величина прискорення врахована при розрахунках на міцніть несучої конструкції вагона-хопера. Максимальні еквівалентні напруження при цьому склали близько 270 МПа і зосереджені в зоні взаємодії хребтової балки зі шворневою, але не перевищують допустимі для марки сталі металоконструкції.

Проведено моделювання вертикальної динаміки оптимізованої несучої конструкції вагона-хопера для перевезення окатишів та гарячого агломерату. При проведенні розрахунків враховувалися параметри ресорного підвішування візка моделі 18-100. Результати розрахунків дозволяють зробити висновок, що прискорення кузова вагона-хопера і візків знаходяться межах допустимих. При цьому у відповідності до вимог нормативної документації оцінку хода вагона можна охарактеризувати як “відмінну”.

Запропоновані технічні рішення обґрунтовують використання круглих труб у якості несучих елементів кузова вагона-хопера для перевезення окатишів та гарячого агломерату. При цьому стає можливим знизити тару вагона-хопера майже на 5 % у порівнянні з вагоном-прототипом. Також впровадження круглих труб у несучу конструкцію вагона-хопера забезпечить зменшення витрат на виготовлення в умовах вагонобудівних підприємств.

Проведені дослідження сприятимуть створенню сучасних конструкцій вагонів-хоперів, а також підвищенню ефективності експлуатації залізничного транспорту

Біографії авторів

Oleksij Fomin, Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра «Вагони та вагонне господарство»

Alyona Lovska, Український державний університет залізничного транспорту пл. Фейєрбаха, 7, м. Харків, Україна, 61050

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра вагонів

Inna Skliarenko, Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071

Кандидат педагогічних наук, доцент, старший науковий співробітник

Науково-дослідний сектор

Yurii Klochkov, Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071

Кандидат економічних наук, старший викладач

Кафедра судноводіння та керування судном

Посилання

  1. Lukin, V. V., Shadur, L. A., Koturanov, V. I., Hohlov, A. A., Anisimov, P. S. (2000). Konstruirovanie i raschet vagonov. Moscow, 731.
  2. Vatulia, G., Falendysh, A., Orel, Y., Pavliuchenkov, M. (2017). Structural Improvements in a Tank Wagon with Modern Software Packages. Procedia Engineering, 187, 301–307. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.04.379
  3. Kebal, Y., Shatov, V., Tokotyev, A., Murashova, N. (2017). Improving the design of hopper wagons for transporting grain. Zbirnyk naukovykh prats DETUT. Seriya: “Transportni systemy i tekhnolohiyi”, 30, 113–122.
  4. Serpik, I. N., Sudarev, V. G., Tyutyunnikov, A. I., Levkovich, F. N. (2008). Evolyutsionnoe modelirovanie v proektirovanii nesushchih sistem vagonov. Vestnik Vserossiyskogo Nauchno-Issledovatel'skogo Instituta Zheleznodorozhnogo Transporta, 5, 21–25.
  5. Beyn, D. G. (2011). Analiz napryazhennogo sostoyaniya nesushchego nastila pola chetyrehosnogo poluvagona s gluhim kuzovom. Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta, 1 (29), 47–51.
  6. Kuczek, T., Szachniewicz, B. (2015). Topology optimisation of railcar composite structure. International Journal of Heavy Vehicle Systems, 22 (4), 375. doi: https://doi.org/10.1504/ijhvs.2015.073206
  7. Lee, H.-A., Jung, S.-B., Jang, H.-H., Shin, D.-H., Lee, J. U., Kim, K. W., Park, G.-J. (2015). Structural-optimization-based design process for the body of a railway vehicle made from extruded aluminum panels. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 230 (4), 1283–1296. doi: https://doi.org/10.1177/0954409715593971
  8. Mrzygłód, M., Kuczek, T. (2013). Uniform crashworthiness optimization of car body for high-speed trains. Structural and Multidisciplinary Optimization, 49 (2), 327–336. doi: https://doi.org/10.1007/s00158-013-0972-z
  9. Kučera, P., Píštěk, V. (2017). Testing of the mechatronic robotic system of the differential lock control on a truck. International Journal of Advanced Robotic Systems, 14 (5), 172988141773689. doi: https://doi.org/10.1177/1729881417736897
  10. Pistek, V., Klimes, L., Mauder, T., Kucera, P. (2017). Optimal design of structure in rheological models: an automotive application to dampers with high viscosity silicone fluids. Journal of Vibroengineering, 19 (6), 4459–4470. doi: https://doi.org/10.21595/jve.2017.18348
  11. Alyamovskiy, A. A. (2007). SolidWorks/COSMOSWorks 2006–2007. Inzhenernyy analiz metodom konechnyh elementov. Moscow, 784.
  12. Alyamovskiy, A. A. (2010). COSMOSWorks.. Osnovy rascheta konstruktsiy na prochnost' v srede SolidWorks. Moscow, 785.
  13. Lovskaya, A. (2015). Computer simulation of wagon body bearing structure dynamics during transportation by train ferry. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (7 (75)), 9–14. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.43749
  14. Fomin, O., Gerlici, J., Lovska, A., Kravchenko, K., Prokopenko, P., Fomina, A., Hauser, V. (2019). Durability Determination of the Bearing Structure of an Open Freight Wagon Body Made of Round Pipes during its Transportation on the Railway Ferry. Communications - Scientific Letters of the University of Zilina, 21 (1), 28–34.
  15. DSTU 7598:2014. Vahony vantazhni. Zahalni vymohy do rozrakhunkiv ta proektuvannia novykh i modernizovanykh vahoniv koliyi 1520 mm (nesamokhidnykh) (2015). Kyiv, 162.
  16. GOST 33211-2014. Vagony gruzovye. Trebovaniya k prochnosti i dinamicheskim kachestvam (2016). Moscow, 54.
  17. EN 12663-2. Railway applications - structural requirements of railway vehicle bodies – Part 2: Freight wagons (2010). BSI, 54. doi: https://doi.org/10.3403/30152552u
  18. Bogomaz, G. I., Mehov, D. D., Pilipchenko, O. P., Chernomashentseva, Yu. G. (1992). Nagruzhennost' konteynerov-tsistern, raspolozhennyh na zheleznodorozhnoy platforme, pri udarah v avtostsepku. Dynamika ta keruvannia rukhom mekhanichnykh system, 87–95.
  19. Kelrykh, М., Fomin, О. (2014). Perspective directions of planning carrying systems of gondolas. Metallurgical and Mining Industry, 6, 64–67.
  20. Fomin, O. (2014). Modern requirements to carrying systems of railway general-purpose gondola cars. Metallurgical and Mining Industry, 5, 40–44.
  21. Kondratiev, A. V., Gaidachuk, V. E., Kharchenko, M. E. (2019). Relationships Between the Ultimate Strengths of Polymer Composites in Static Bending, Compression, and Tension. Mechanics of Composite Materials, 55 (2), 259–266. doi: https://doi.org/10.1007/s11029-019-09808-x
  22. Lovska, A. (2018). Simulation of Loads on the Carrying Structure of an Articulated Flat Car in Combined Transportation. International Journal of Engineering & Technology, 7 (4.3), 140–146. doi: https://doi.org/10.14419/ijet.v7i4.3.19724
  23. Domin, Yu. V., Cherniak, H. Yu. (2003). Osnovy dynamiky vahoniv. Kyiv: KUETT, 269.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-02-29

Як цитувати

Fomin, O., Lovska, A., Skliarenko, I., & Klochkov, Y. (2020). Обґрунтування оптимізації несучої конструкції вагона-хопера для перевезення окатишів та гарячого агламерату. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(7 (103), 65–74. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.193408

Номер

Том 1 № 7 (103) (2020): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Oleksij Fomin, Alyona Lovska, Inna Skliarenko, Yurii Klochkov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.