Виявлення особливостей температурного впливу на несучу конструкцію вагона-хопера з композитною обшивкою при транспортуванні окатишів на металургійні підприємства

Автор(и)

  • Олексій Вікторович Фомін Державний університет інфраструктури та технологій, Україна https://orcid.org/0000-0003-2387-9946
  • Альона Олександрівна Ловська Український державний університет залізничного транспорту, Україна https://orcid.org/0000-0002-8604-1764
  • Вадим Георгійович Дженчако Державний вищий навчальний заклад «Приазовський державний технічний університет», Україна https://orcid.org/0000-0003-4581-4174
  • Олександр Олександрович Жилінков Державний вищий навчальний заклад «Приазовський державний технічний університет», Україна https://orcid.org/0000-0002-3252-8577
  • Анна Миколаївна Фоміна Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля, Україна https://orcid.org/0000-0002-9810-8997
  • Андрій Сергійович Литвиненко Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля, Україна https://orcid.org/0000-0002-5182-9607

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.251300

Ключові слова:

транспортна механіка, вагон-хопер, несуча конструкція, композитний матеріал, динамічна навантаженість, міцність, опір втоми

Анотація

Проведено удосконалення несучої конструкції вагона-хопера для перевезення окатишів та гарячого агломерату. З метою покращення міцності несучої конструкції вагона-хопера під впливом високих температур від перевозимого вантажу запропоновано використання обшивки з композитного матеріалу. Дане рішення також сприяє зменшенню тари вагона на 5 % у порівнянні з вагоном-прототипом.

Проведено визначення динамічної навантаженості несучої конструкції вагона-хопера. Дослідження проведені при русі вагона у порожньому стані стиковою нерівністю. Проведені розрахунки показали, що досліджувані показники динаміки не перевищують допустимих значень. При цьому хід руху вагона-хопера оцінюється як “відмінний”.

Визначено основні показники міцності несучої конструкції вагона-хопера з урахування запропонованого удосконалення. При цьому враховано температурний вплив на несучу конструкцію вагона-хопера від гарячого агломерату. Встановлено, що максимальні еквіваленті напруження виникають в зоні взаємодії хребтової балки зі шворневою та складають близько 290 МПа. При цьому напруження в обшивці вагона-хопера складають близько 200 МПа, що на 12 % нижче ніж у типовій конструкції.

Для визначення частот та форм власних коливань несучої конструкції вагона-хопера з композитною обшивкою проведено модальний аналіз. Результати розрахунку встановили, що перша власна частота перевищує 8 Гц. Отже безпека руху вагона забезпечується.

Розраховано коефіцієнт опору втоми несучої конструкції вагона-хопера. Встановлено, що його значення майже вдвічі вище за допустиме. Тобто опір втомі несучої конструкції забезпечується.

Проведені дослідження сприятимуть забезпеченню міцності несучих конструкцій вагонів-хоперів, скороченню витрат на утримання та підвищенню ефективності їх експлуатації

Біографії авторів

Олексій Вікторович Фомін, Державний університет інфраструктури та технологій

Доктор технічних наук, професор

Кафедра «Вагони та вагонне господарство»

Альона Олександрівна Ловська, Український державний університет залізничного транспорту

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра інженерії вагонів та якості продукції

Вадим Георгійович Дженчако, Державний вищий навчальний заклад «Приазовський державний технічний університет»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра «Транспортні технології підприємств»

Олександр Олександрович Жилінков, Державний вищий навчальний заклад «Приазовський державний технічний університет»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра «Транспортні технології підприємств»

Анна Миколаївна Фоміна, Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля

Доктор філософії, науковий співробітник

Кафедра “Залізничний, автомобільний транспорт та підйомно-транспортні машини”

Андрій Сергійович Литвиненко, Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля

Аспірант

Кафедра “Залізничний, автомобільний транспорт та підйомно-транспортні машини”

Посилання

  1. Strelko, O. H., Kyrychenko, H. I., Berdnychenko, Y. A., Sorochynska, O. L., Ya Pylypchuk, O. (2019). Application of Information Technologies for Automation of Railway and Cargo Owner Interaction. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 582 (1), 012029. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/582/1/012029
  2. Soloviova, L., Strelko, O., Isaienko, S., Soloviova, O., Berdnychenko, Y. (2020). Container Transport System as a Means of Saving Resources. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 459 (5), 052070. doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/459/5/052070
  3. Kondratiev, A. (2019). Improving the mass efficiency of a composite launch vehicle head fairing with a sandwich structure. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (7 (102)), 6–18. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.184551
  4. Kondratiev, A., Gaidachuk, V., Nabokina, T., Kovalenko, V. (2019). Determination of the influence of deflections in the thickness of a composite material on its physical and mechanical properties with a local damage to its wholeness. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (1 (100)), 6–13. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174025
  5. Goolak, S., Gubarevych, O., Yermolenko, E., Slobodyanyuk, M., Gorobchenko, O. (2020). Mathematical modeling of an induction motor for vehicles. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (2 (104)), 25–34. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.199559
  6. 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
  7. Lee, W. G., Kim, J.-S., Sun, S.-J., Lim, J.-Y. (2018). The next generation material for lightweight railway car body structures: Magnesium alloys. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 232 (1), 25–42. doi: https://doi.org/10.1177/0954409716646140
  8. Street, G. E., Mistry, P. J., Johnson, M. S. (2021). Impact Resistance of Fibre Reinforced Composite Railway Freight Tank Wagons. Journal of Composites Science, 5 (6), 152. doi: https://doi.org/10.3390/jcs5060152
  9. Olmos Irikovich, Z., Rustam Vyacheslavovich, R., Mahmod Lafta, W., Yadgor Ozodovich, R. (2020). Development of new polymer composite materials for the flooring of rail carriage. International Journal of Engineering & Technology, 9 (2), 378. doi: https://doi.org/10.14419/ijet.v9i2.30519
  10. Patrascu, A. I., Hadar, A., Pastrama, S. D. (2020). Structural Analysis of a Freight Wagon with Composite Walls. Materiale Plastice, 57 (2), 140–151. doi: https://doi.org/10.37358/mp.20.2.5360
  11. Fantuzzi, N., Bacciocchi, M., Benedetti, D., Agnelli, J. (2021). The use of sustainable composites for the manufacturing of electric cars. Composites Part C: Open Access, 4, 100096. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2020.100096
  12. Pravilonis, T., Sokolovskij, E. (2020). Analysis of composite material properties and their possibilities to use them in bus frame construction. Transport, 35 (4), 368–378. doi: https://doi.org/10.3846/transport.2020.13018
  13. Ibrahim, I. D., Jamiru, T., Sadiku, E. R., Kupolati, W. K., Mpofu, K., Eze, A. A., Uwa, C. A. (2019). Production and Application of Advanced Composite Materials in Rail Cars Development: Prospect in South African Industry. Procedia Manufacturing, 35, 471–476. doi: https://doi.org/10.1016/j.promfg.2019.05.069
  14. Buchacz, A., Baier, A., Herbuś, K., Majzner, M., Ociepka, P. (2015). Examination of a Cargo Space of a Freight Wagon Modified with Composite Panels. Applied Mechanics and Materials, 809-810, 944–949. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.809-810.944
  15. Płaczek, M., Wróbel, A., Olesiejuk, M. (2017). Modelling and arrangement of composite panels in modernized freight cars. MATEC Web of Conferences, 112, 06022. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201711206022
  16. Domin, Yu. V., Cherniak, H. Yu. (2003). Osnovy dynamiky vahoniv. Kyiv: KUETT, 269.
  17. Lovska, A., Fomin, O., Píštěk, V., Kučera, P. (2020). Dynamic Load Modelling within Combined Transport Trains during Transportation on a Railway Ferry. Applied Sciences, 10 (16), 5710. doi: https://doi.org/10.3390/app10165710
  18. 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
  19. Pospelov, B., Rybka, E., Togobytska, V., Meleshchenko, R., Danchenko, Y., Butenko, T. et. al. (2019). Construction of the method for semi-adaptive threshold scaling transformation when computing recurrent plots. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (10 (100)), 22–29. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.176579
  20. Kir'yanov, D. V. (2006). Mathcad 13. Sankt-Peterburg: BHV-Peterburg, 608.
  21. Fomin, O., Gerlici, J., Lovska, A., Kravchenko, K., Fomina, Y., Lack, T. (2019). Determination of the strength of the containers fittings of a flat wagon loaded with containers during shunting. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 659 (1), 012056. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/659/1/012056
  22. Bondarenko, V., Skurikhin, D., Wojciechowski, J. (2019). The Application of Lithium-Ion Batteries for Power Supply of Railway Passenger Cars and Key Approaches for System Development. Smart and Green Solutions for Transport Systems, 114–125. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-35543-2_10
  23. Fomin, O. V. (2015). Improvement of upper bundling of side wall of gondola cars of 12-9745 model. Metallurgical and Mining Industry, 1, 45–48. Available at: https://www.metaljournal.com.ua/assets/Journal/english-edition/MMI_2015_1/9%20Fomin.pdf
  24. Lovska, A., Fomin, O., Píštěk, V., Kučera, P. (2020). Dynamic Load and Strength Determination of Carrying Structure of Wagons Transported by Ferries. Journal of Marine Science and Engineering, 8 (11), 902. doi: https://doi.org/10.3390/jmse8110902
  25. Fomin, O., Lovska, A. (2021). Determination of dynamic loading of bearing structures of freight wagons with actual dimensions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (7 (110)), 6–14. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.220534
  26. Vatulia, G., Komagorova, S., Pavliuchenkov, M. (2018). Optimization of the truss beam. Verification of the calculation results. MATEC Web of Conferences, 230, 02037. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201823002037
  27. Lovska, A., Fomin, O., Kučera, P., Píštěk, V. (2020). Calculation of Loads on Carrying Structures of Articulated Circular-Tube Wagons Equipped with New Draft Gear Concepts. Applied Sciences, 10 (21), 7441. doi: https://doi.org/10.3390/app10217441
  28. Vatulia, G., Rezunenko, M., Orel, Y., Petrenko, D. (2017). Regression equations for circular CFST columns carrying capacity evaluation. MATEC Web of Conferences, 107, 00051. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201710700051
  29. Dudnyk, V., Sinenko, Y., Matsyk, M., Demchenko, Y., Zhyvotovskyi, R., Repilo, I. et. al. (2020). Development of a method for training artificial neural networks for intelligent decision support systems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (2 (105)), 37–47. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.203301
  30. Lovska, A., Fomin, O. (2020). A new fastener to ensure the reliability of a passenger car body on a train ferry. Acta Polytechnica, 60 (6), 478–485. doi: https://doi.org/10.14311/ap.2020.60.0478
  31. Alieinykov, I., Thamer, K. A., Zhuravskyi, Y., Sova, O., Smirnova, N., Zhyvotovskyi, R. et. al. (2019). Development of a method of fuzzy evaluation of information and analytical support of strategic management. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (2 (102)), 16–27. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.184394
  32. Koshlan, A., Salnikova, O., Chekhovska, M., Zhyvotovskyi, R., Prokopenko, Y., Hurskyi, T. et. al. (2019). Development of an algorithm for complex processing of geospatial data in the special-purpose geoinformation system in conditions of diversity and uncertainty of data. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (9 (101)), 35–45. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.180197
  33. Krol, O., Sokolov, V. (2020). Modeling of Spindle Node Dynamics Using the Spectral Analysis Method. Lecture Notes in Mechanical Engineering, 35–44. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-50794-7_4
  34. Krol, O., Porkuian, O., Sokolov, V., Tsankov, P. (2019). Vibration stability of spindle nodes in the zone of tool equipment optimal parameters. Comptes rendus de l’Acade'mie bulgare des Sciences, 72 (11), 1546–1556. doi: https://doi.org/10.7546/crabs.2019.11.12
  35. Fomin, O., Gorbunov, M., Gerlici, J., Vatulia, G., Lovska, A., Kravchenko, K. (2021). Research into the Strength of an Open Wagon with Double Sidewalls Filled with Aluminium Foam. Materials, 14 (12), 3420. doi: https://doi.org/10.3390/ma14123420
  36. Píštěk, V., Kučera, P., Fomin, O., Lovska, A. (2020). Effective Mistuning Identification Method of Integrated Bladed Discs of Marine Engine Turbochargers. Journal of Marine Science and Engineering, 8 (5), 379. doi: https://doi.org/10.3390/jmse8050379
  37. Fomin, O., Lovska, A. (2020). Establishing patterns in determining the dynamics and strength of a covered freight car, which exhausted its resource. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (7 (108)), 21–29. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217162
  38. Fomin, O., Gerlici, J., Lovskaya, A., Kravchenko, K., Prokopenko, P., Fomina, A., Hauser, V. (2018). Research of the strength of the bearing structure of the flat wagon body from round pipes during transportation on the railway ferry. MATEC Web of Conferences, 235, 00003. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201823500003
  39. Atamanchuk, N. A., Tsyganskaya, L. V. (2013). Napravleniya sovershenstvovaniya konstruktsiy vagonov-tsistern dlya perevozki nefteproduktov. Transport Rossiyskoy Federatsii, 3 (46), 14–17. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/napravleniya-sovershenstvovaniya-konstruktsiy-vagonov-tsistern-dlya-perevozki-nefteproduktov/viewer
  40. Wiesław, K., Tadeusz, N., Michał, S. (2016). Innovative Project of Prototype Railway Wagon and Intermodal Transport System. Transportation Research Procedia, 14, 615–624. doi: https://doi.org/10.1016/j.trpro.2016.05.307
  41. Divya Priya, G., Swarnakumari, А. (2014). Modeling and analysis of twenty tonne heavy duty trolley. International Journal of Innovative Technology and Research, 2 (6), 1568–1580. Available at: https://www.ijitr.com/index.php/ojs/article/view/446
  42. Vatulia, G. L., Lobiak, O. V., Deryzemlia, S. V., Verevicheva, M. A., Orel, Y. F. (2019). Rationalization of cross-sections of the composite reinforced concrete span structure of bridges with a monolithic reinforced concrete roadway slab. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 664 (1), 012014. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/664/1/012014
  43. Dzhenchako, V. G. (2019). Improvement of efficiency of transportation of mass raw materials to industrial enterprises in the winter period. Nauka ta vyrobnytstvo, 21, 218–230. doi: https://doi.org/10.31498/2522-9990212019189941
  44. Parunakyan, V. E., Djenchako, V. G. (2010). Investigation of the defrosting process of ironcontaining raw material in cars using computer technology «DATA MINING». Visnyk Pryazovskoho derzhavnoho tekhnichnoho universytetu, 20, 267–274. Available at: http://eir.pstu.edu/handle/123456789/191
  45. Ustich, P. A., Karpych, V. A., Ovechnikov, M. N. (1999). Nadezhnost' rel'sovogo netyagovogo podvizhnogo sostava. Moscow, 415.
  46. Lukin, V. V., Shadur, L. A., Koturanov, V. I., Hohlov, A. A., Anisimov, P. S. (2000). Konstruirovanie i raschet vagonov. Moscow, 731.
  47. Putsiata, A. V., Belahub, V. V. (2013). Prediction of fatigue strength of a copper of the tank car after 40 years of maintenance. Sovremennye tekhnologii. Sistemniy Analiz. Modelirovanie, 2 (38), 72–77. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/prognozirovanie-ustalostnoy-prochnosti-kotla-vagona-tsisterny-posle-40-let-ekspluatatsii/viewer
  48. Senko, V. I., Makeev, S. V., Komissarov, V. V., Skorokhodov, S. A. (2018). Features of determination of coefficient of the stock resistance of fatigue of designs of the rolling stock. Vestnik Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta transporta: Nauka i transport, 1 (36), 5–9. Available at: http://elib.bsut.by/handle/123456789/842

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-02-28

Як цитувати

Фомін, О. . В., Ловська, А. О., Дженчако, В. Г., Жилінков, О. О., Фоміна, А. М., & Литвиненко, А. С. (2022). Виявлення особливостей температурного впливу на несучу конструкцію вагона-хопера з композитною обшивкою при транспортуванні окатишів на металургійні підприємства. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(7(115), 32–41. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.251300

Номер

Том 1 № 7(115) (2022): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Oleksij Fomin, Alyona Lovska, Vadym Dzhenchako, Olexandr Zhylinkov, Anna Fomina, Andrii Lytvynenko

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.