Вибір раціональних параметрів додаткових зв'язків у візках вантажних вагонів нового покоління
Мета роботи полягала в розробці рекомендацій щодо вибору пружних параметрів додаткових зв’язків елементів візків перспективних вантажних вагонів. Застосовано методи математичного моделювання, числового інтегрування, теорії коливань, статистичної динаміки. В статті приведено результати досліджень щод...
Saved in:
| Published in: | Технічна механіка |
|---|---|
| Date: | 2019 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
2019
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/174089 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Вибір раціональних параметрів додаткових зв'язків у візках вантажних вагонів нового покоління / В.Ф. Ушкалов, Т.Ф. Мокрій, І.Ю. Малишева, С.С. Пасічник, Н.В. Безрукавий // Технічна механіка.— 2019.— № 4.— С. 127-136.— Бібліогр.: 11 назв.— укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-174089 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Ушкалов, В.Ф. Мокрій, Т.Ф. Малишева, І.Ю. Пасічник, С.С. Безрукавий, Н.В. 2021-01-01T20:31:27Z 2021-01-01T20:31:27Z 2019 Вибір раціональних параметрів додаткових зв'язків у візках вантажних вагонів нового покоління / В.Ф. Ушкалов, Т.Ф. Мокрій, І.Ю. Малишева, С.С. Пасічник, Н.В. Безрукавий // Технічна механіка.— 2019.— № 4.— С. 127-136.— Бібліогр.: 11 назв.— укр. 1561-9184 DOI: doi.org/10.15407/itm2019.04.127 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/174089 629.7 Мета роботи полягала в розробці рекомендацій щодо вибору пружних параметрів додаткових зв’язків елементів візків перспективних вантажних вагонів. Застосовано методи математичного моделювання, числового інтегрування, теорії коливань, статистичної динаміки. В статті приведено результати досліджень щодо вибору параметрів нових елементів для застосування в конструкції візків моделі 18-7020: діагональних зв’язків між бічними рамами, пружного адаптера у буксовому вузлі. Цель работы заключалась в разработке рекомендаций по выбору упругих параметров дополнительных связей тележек перспективных грузовых вагонов. Применены методы математического моделирования, численного интегрирования, теории колебаний, статистической динамики. В статье приведены результаты исследований по выбору параметров новых элементов для применения в конструкции тележек модели 18-7020: диагональных связей между боковыми рамами, упругого адаптера в буксовом узле. The aim of this work was to develop recommendations on the choice of elastic parameters for additional links in trucks of prospective freight cars. Use was made of methods of mathematical simulation, numerical integration, oscillation theory, and statistical dynamics. This paper presents the results of investigations into the choice of parameters for new components to be used in 18-7020 trucks: diagonal cross-braces between the side frames and an elastic adapter in the axlebox assembly. Дослідження проведені за рахунок фінансування за бюджетною програмою "Підтримка розвитку пріоритетних напрямків наукових досліджень" (КПКВК 6541230). uk Інститут технічної механіки НАН України і НКА України Технічна механіка Вибір раціональних параметрів додаткових зв'язків у візках вантажних вагонів нового покоління Выбор рациональных параметров дополнительных связей в тележках грузовых вагонов нового поколения Choice of advisable parameters for additional links in new-generation freight car trucks Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Вибір раціональних параметрів додаткових зв'язків у візках вантажних вагонів нового покоління |
| spellingShingle |
Вибір раціональних параметрів додаткових зв'язків у візках вантажних вагонів нового покоління Ушкалов, В.Ф. Мокрій, Т.Ф. Малишева, І.Ю. Пасічник, С.С. Безрукавий, Н.В. |
| title_short |
Вибір раціональних параметрів додаткових зв'язків у візках вантажних вагонів нового покоління |
| title_full |
Вибір раціональних параметрів додаткових зв'язків у візках вантажних вагонів нового покоління |
| title_fullStr |
Вибір раціональних параметрів додаткових зв'язків у візках вантажних вагонів нового покоління |
| title_full_unstemmed |
Вибір раціональних параметрів додаткових зв'язків у візках вантажних вагонів нового покоління |
| title_sort |
вибір раціональних параметрів додаткових зв'язків у візках вантажних вагонів нового покоління |
| author |
Ушкалов, В.Ф. Мокрій, Т.Ф. Малишева, І.Ю. Пасічник, С.С. Безрукавий, Н.В. |
| author_facet |
Ушкалов, В.Ф. Мокрій, Т.Ф. Малишева, І.Ю. Пасічник, С.С. Безрукавий, Н.В. |
| publishDate |
2019 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Технічна механіка |
| publisher |
Інститут технічної механіки НАН України і НКА України |
| format |
Article |
| title_alt |
Выбор рациональных параметров дополнительных связей в тележках грузовых вагонов нового поколения Choice of advisable parameters for additional links in new-generation freight car trucks |
| description |
Мета роботи полягала в розробці рекомендацій щодо вибору пружних параметрів додаткових зв’язків елементів візків перспективних вантажних вагонів. Застосовано методи математичного моделювання, числового інтегрування, теорії коливань, статистичної динаміки. В статті приведено результати досліджень щодо вибору параметрів нових елементів для застосування в конструкції візків моделі 18-7020: діагональних зв’язків між бічними рамами, пружного адаптера у буксовому вузлі.
Цель работы заключалась в разработке рекомендаций по выбору упругих параметров дополнительных связей тележек перспективных грузовых вагонов. Применены методы математического моделирования, численного интегрирования, теории колебаний, статистической динамики. В статье приведены результаты исследований по выбору параметров новых элементов для применения в конструкции тележек модели 18-7020: диагональных связей между боковыми рамами, упругого адаптера в буксовом узле.
The aim of this work was to develop recommendations on the choice of elastic parameters for additional links in trucks of prospective freight cars. Use was made of methods of mathematical simulation, numerical integration, oscillation theory, and statistical dynamics. This paper presents the results of investigations into the choice of parameters for new components to be used in 18-7020 trucks: diagonal cross-braces between the side frames and an elastic adapter in the axlebox assembly.
|
| issn |
1561-9184 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/174089 |
| citation_txt |
Вибір раціональних параметрів додаткових зв'язків у візках вантажних вагонів нового покоління / В.Ф. Ушкалов, Т.Ф. Мокрій, І.Ю. Малишева, С.С. Пасічник, Н.В. Безрукавий // Технічна механіка.— 2019.— № 4.— С. 127-136.— Бібліогр.: 11 назв.— укр. |
| work_keys_str_mv |
AT uškalovvf vibírracíonalʹnihparametrívdodatkovihzvâzkívuvízkahvantažnihvagonívnovogopokolínnâ AT mokríitf vibírracíonalʹnihparametrívdodatkovihzvâzkívuvízkahvantažnihvagonívnovogopokolínnâ AT mališevaíû vibírracíonalʹnihparametrívdodatkovihzvâzkívuvízkahvantažnihvagonívnovogopokolínnâ AT pasíčnikss vibírracíonalʹnihparametrívdodatkovihzvâzkívuvízkahvantažnihvagonívnovogopokolínnâ AT bezrukaviinv vibírracíonalʹnihparametrívdodatkovihzvâzkívuvízkahvantažnihvagonívnovogopokolínnâ AT uškalovvf vyborracionalʹnyhparametrovdopolnitelʹnyhsvâzeivteležkahgruzovyhvagonovnovogopokoleniâ AT mokríitf vyborracionalʹnyhparametrovdopolnitelʹnyhsvâzeivteležkahgruzovyhvagonovnovogopokoleniâ AT mališevaíû vyborracionalʹnyhparametrovdopolnitelʹnyhsvâzeivteležkahgruzovyhvagonovnovogopokoleniâ AT pasíčnikss vyborracionalʹnyhparametrovdopolnitelʹnyhsvâzeivteležkahgruzovyhvagonovnovogopokoleniâ AT bezrukaviinv vyborracionalʹnyhparametrovdopolnitelʹnyhsvâzeivteležkahgruzovyhvagonovnovogopokoleniâ AT uškalovvf choiceofadvisableparametersforadditionallinksinnewgenerationfreightcartrucks AT mokríitf choiceofadvisableparametersforadditionallinksinnewgenerationfreightcartrucks AT mališevaíû choiceofadvisableparametersforadditionallinksinnewgenerationfreightcartrucks AT pasíčnikss choiceofadvisableparametersforadditionallinksinnewgenerationfreightcartrucks AT bezrukaviinv choiceofadvisableparametersforadditionallinksinnewgenerationfreightcartrucks |
| first_indexed |
2025-11-25T20:32:25Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:32:25Z |
| _version_ |
1850521975662837760 |
| fulltext |
127
УДК 629.7 https://doi.org/10.15407/itm2019.04.127
В. Ф. УШКАЛОВ, Т. Ф. МОКРІЙ, І. Ю. МАЛИШЕВА, С. С. ПАСІЧНИК, Н. В. БЕЗРУКАВИЙ
ВИБІР РАЦІОНАЛЬНИХ ПАРАМЕТРІВ ДОДАТКОВИХ ЗВ'ЯЗКІВ У
ВІЗКАХ ВАНТАЖНИХ ВАГОНІВ НОВОГО ПОКОЛІННЯ
Інститут технічної механіки
Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
вул. Лєшко-Попеля, 15, 49005, Дніпро, Україна; e-mail: Mokrii.T.F@nas.gov.ua
Для оновлення парку вантажних вагонів на українських залізницях вельми актуальною є розробка
візків нового покоління. Важливими критеріями оцінки існуючих або нових конструкцій візків є покра-
щення динамічних якостей вагонів, поліпшення взаємодії їх елементів, зменшення зносу коліс і рейок,
підвищення безпеки руху. Геометричні і пружні характеристики нових елементів повинні забезпечувати
зниження опору візків при вписуванні екіпажа в криволінійні ділянки колії та сприяти підвищенню його
стійкості при русі як по прямолінійних, так і по криволінійних ділянках колії.
Мета роботи полягала в розробці рекомендацій щодо вибору пружних параметрів додаткових
зв’язків елементів візків перспективних вантажних вагонів. Застосовано методи математичного моделю-
вання, числового інтегрування, теорії коливань, статистичної динаміки.
В статті приведено результати досліджень щодо вибору параметрів нових елементів для застосуван-
ня в конструкції візків моделі 18-7020: діагональних зв’язків між бічними рамами, пружного адаптера у
буксовому вузлі. Основну увагу при цьому приділено дослідженню показника запасу стійкості від вкочу-
вання колеса на рейки при різних швидкостях руху екіпажа по прямих і криволінійних ділянках колії.
Визначено раціональні параметри пружних характеристик додаткових зв’язків елементів візка.
Зроблено висновок про те, що найбільший ефект має місце при спільному використанні у візках мо-
делі 18-7020 пружних адаптерів в буксових вузлах і пружних діагональних зв'язків між бічними рамами,
що дозволяє підвищити швидкість руху вантажного вагона, його стійкість та динамічні якості.
Ключові слова: ходові частини перспективного вантажного вагона, динамічні якості екіпажа,
стійкість руху, рекомендації щодо удосконалення візків.
Для обновления парка грузовых вагонов на украинских железных дорогах весьма актуальной явля-
ется разработка тележек нового поколения. Важными критериями оценки существующих или новых кон-
струкций тележек является повышение динамических качеств вагонов, улучшение взаимодействия их
элементов, снижение износа колес и рельсов, повышение безопасности движения. Геометрические и упру-
гие характеристики новых элементов должны обеспечивать снижение сопротивления тележек при вписы-
вании экипажа в криволинейные участки пути и способствовать повышению его устойчивости при дви-
жении как по прямолинейным, так и по криволинейным участкам пути.
Цель работы заключалась в разработке рекомендаций по выбору упругих параметров дополнитель-
ных связей тележек перспективных грузовых вагонов. Применены методы математического моделирова-
ния, численного интегрирования, теории колебаний, статистической динамики.
В статье приведены результаты исследований по выбору параметров новых элементов для примене-
ния в конструкции тележек модели 18-7020: диагональных связей между боковыми рамами, упругого
адаптера в буксовом узле. Основное внимание при этом уделено исследованию показателя запаса устой-
чивости от вкатывания колеса на рельсы при разных скоростях движения экипажа по прямым и криволи-
нейным участкам пути. Определены рациональные параметры упругих характеристик дополнительных
связей элементов тележки.
Сделан вывод о том, что наибольший эффект имеет место при общем использовании в тележках мо-
дели 18-7020 упругих адаптеров в буксовых узлах и упругих диагональных связей между боковыми рама-
ми, что позволяет повысить скорость движения грузового вагона, его устойчивость и динамические каче-
ства.
Ключевые слова: ходовые части перспективного грузового вагона, динамические качества экипа-
жа, устойчивость движения, рекомендации по усовершенствованию тележек.
The development of new-generation trucks is highly topical for Ukrainian freight car fleet renewal. Im-
portant criteria for the assessment of existing or new truck designs are car ride quality and car component interac-
tion improvement, wheel and rail wear reduction, and operational safety enhancement. The geometrical and elas-
tic characteristics of new components must reduce truck resistance to curving and increase car stability both in
tangents and in curves.
The aim of this work was to develop recommendations on the choice of elastic parameters for additional
links in trucks of prospective freight cars. Use was made of methods of mathematical simulation, numerical inte-
gration, oscillation theory, and statistical dynamics.
This paper presents the results of investigations into the choice of parameters for new components to be
used in 18-7020 trucks: diagonal cross-braces between the side frames and an elastic adapter in the axlebox as-
sembly. Emphasis is on the study of the wheel climb stability margin at different speeds in tangents and in curves.
Advisable elastic parameters of additional links between truck components are determined.
В. Ф. Ушкалов, Т. Ф. Мокрій, І. Ю. Малишева, С. С. Пасічник, Н. В. Безрукавий, 2019
Техн. механіка. – 2019. – № 4.
128
It is concluded that the best effect is achieved when both elastic adapters in the axlebox assemblies and
elastic diagonal cross-braces between the side frames are used in 18-7020 trucks, which allows one to increase
freight car speed, stability, and ride quality.
Keywords: prospective freight car running gear, car ride quality, motion stability, truck improvement rec-
ommendations.
Для оновлення парку вантажних вагонів на українських залізницях вель-
ми актуальною є розробка візків нового покоління. Важливими критеріями
оцінки існуючих або нових конструкцій візків є покращення динамічних яко-
стей вагонів, поліпшення взаємодії їхніх елементів, зменшення зносу коліс і
рейок, підвищення безпеки руху. Геометричні і пружні характеристики нових
елементів повинні забезпечувати зниження опору візків при вписуванні екі-
пажа в криволінійні ділянки колії та сприяти підвищенню його стійкості при
русі як по прямолінійних, так і по криволінійних ділянках колії.
За останні роки в Україні розроблено низку нових візків, два з яких
прийнято за базові для перспективних вітчизняних вантажних вагонів. Це
візок моделі 18-7020 (з навантаженням на вісь 23,5 тс) виробництва Крюків-
ського вагонобудівного заводу [1] і візок 18-9817 (з навантаженням на вісь 25
тс) спільної розробки американської компанії ASF Keystone і української
промислово-інвестиційної групи «ІнтерКарГрупп» [2].
Візок 18-7020 запущено в серійне виробництво. Є рішення Комісії Ради
із залізничного транспорту повноважних представників фахівців вагонного
господарства залізничних адміністрацій країн СНД і Балтії про можливість
експлуатації піввагонів з візками моделі 18-7020 на залізницях цих країн.
Відомо, що до вагонів нового покоління пред'являються посилені вимо-
ги: забезпечення стійкості ходу вагона при підвищених швидкостях руху;
збереження високих динамічних якостей екіпажа в процесі експлуатації (при
допустимих зносах вузлів елементів ходових частин); збільшення ресурсу
конструкційних елементів ходових частин; підвищення рівня безпеки руху та
ін. У зв'язку з цим конструкція візків, прийнятих за базові для вагонів нового
покоління, потребує доопрацювання.
Вказані візки мають підвищену зсувну жорсткість, що погіршує умови
взаємодії колії і екіпажа при його русі в криволінійних ділянках та призво-
дить до підвищеного зносу пари «колесо–рейка». Використання у візках мо-
делі 18-7020 спеціально розробленого в Інституті технічної механіки Націо-
нальної академії наук України і Державного космічного агентства України
(ІТМ НАНУ і ДКАУ) зносостійкого профілю коліс ІТМ-73 дозволило збіль-
шити пробіг вагона за зносом гребенів коліс до першого обточування у порі-
внянні зі стандартними колесами у (2 – 2,5) рази (до 350 тис. км). Профіль
ІТМ-73, як і стандартний, відноситься до одноточкових, коли розміри конта-
ктних плям з рейкою порівняно малі.
Найбільш перспективним з точки зору оптимізації процесів взаємодії
вважається конформний контакт коліс і рейок, для якого характерні наймен-
ший знос контактних поверхонь і найбільш рівномірний розподіл по них на-
пружень з меншими максимальними значеннями, ніж при інших видах кон-
такту [3].
У роботі [4] було запропоновано профіль ободу коліс ІТМ-73-02, викори-
стання якого забезпечує конформний контакт коліс зі зношеними головками
рейок Р65. Як показав аналіз результатів розрахунків, при обточуванні коліс
за профілем ІТМ-73-02 у візках моделі 18-7020 показник зносу гребенів зни-
жується у порівнянні з випадками використання профілю ІТМ-73 у декілька
129
разів, а стандартного профілю – у десятки разів. Застосування цього профілю
у візках нового покоління за прогнозними оцінками дозволить забезпечити
потрібний для перспективних вантажних вагонів пробіг до першого обточу-
вання коліс за зносом гребенів не менше 500 тис. км. На засіданні Технічної
Ради Укрзалізниці, що відбулося 12.11.2015 р., було прийнято рішення про
введення профілю коліс ІТМ-73-02 в конструкторську документацію на візок
нового покоління моделі 18-7020 і проведення відповідних випробувань ва-
гонів з такими колесами.
Відомо, що зміна початкової форми профілю коліс з метою зменшення
їхнього зносу, також як і зміна форми профілю коліс внаслідок їхнього зносу
в процесі експлуатації, призводить зазвичай до зниження стійкості руху екі-
пажів і, відповідно, до погіршення їхніх динамічних якостей.
На рис. 1 показано залежності нормованих максимальних значень попере-
чних прискорень п’ятників кузова Пy у долях прискорення вільного падіння
g і рамних сил PH у долях статичного осьового навантаження OP порожньо-
го піввагона з візками моделі 18-7020, обладнаного незношеними колесами
(товщина гребеня 32 мм) з профілем ІТМ-73 та ІТМ-73-02, а також зі зношени-
ми в експлуатації профілями коліс до товщини гребеня 29 мм (середньозноше-
ні) і 27 мм (сильнозношені), від швидкості руху V по прямих ділянках колії. У
розрахунках використовувалися вхідні збурення, які отримано на підставі запи-
сів вагона-колієвимірювача на ділянках залізниць України. Їхій рівень відпові-
дає колії, яка знаходиться в доброму стані з досить високою бальністю, що до-
зволяє отримувати верхні оцінки динамічних показників вагонів.
0
0,2
0,4
0,6
60 80 100 120V , км/год
незношені колеса з профілем ІТМ-73
незношені колеса з профілем ІТМ-73-02
середньозношені колеса
сильнозношені колеса
граничне значення для "відмінного" ходу
граничне значення для "доброго" ходу
граничне значення для "допустимого" ходу
Н Р /Р 0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
60 80 100 120V , км/год
g,yП
а) б)
Рис. 1
Як бачимо, при використанні коліс із профілями ободів, відмінних від
ІТМ-73, максимальні значення поперечних прискорень п’ятників кузова і ра-
мних сил зі збільшенням швидкості руху вагона, як правило, зростають і осо-
бливо помітно при підвищених швидкостях (більших за (80 – 100) км/год).
Причому обидва показники у разі сильнозношених коліс при максимальній
130
швидкості 120 км/год перевищують граничні значення для "допустимого"
ходу вагона.
Як показує світова практика, існує низка способів, що дозволяють по-
ліпшити динамічні і ресурсні показники вагонів за рахунок змін конструкції
окремих вузлів трьохелементного візка.
Одним із таких способів є застосування пружних адаптерів у зв'язку біч-
них рам з колісними парами, що дозволяє зменшити рівень рамних сил [2, 5].
Інший спосіб – використання діагональних пружних зв'язків між бічними ра-
мами для зменшення їх забігання і стабілізації геометрії візка в плані. Це
сприяє підвищенню стійкості руху вагона, поліпшенню його динамічних по-
казників, зниженню зносу пари "колесо–рейка" [6]. Поширеним варіантом
реалізації додаткових зв'язків між бічними рамами є стержневі системи [7, 8].
У роботі [4] виконано попередні дослідження з оцінки ефективності вве-
дення вказаних змін в конструкцію візків моделі 18-7020, обладнаних коле-
сами з профілем ІТМ-73-02. При цьому розглядались буксові адаптери з па-
раметрами жорсткостей, які є раціональними для комплексно модернізованих
візків моделі 18-100 [9]: у вертикальному напрямі – 20 МН/м, у горизонталь-
ному поперечному – 2,5 МН/м, у горизонтальному подовжньому напрямі –
5 МН/м. Жорсткість діагональних зв'язків (10 МН/м) приймалася на підставі
результатів досліджень щодо застосування таких зв'язків для візків з підви-
щеним до 25 тс осьовим навантаженням [10].
Отримані результати показали [4], що при додаванні у конструкцію віз-
ків 18-7020 указаних зв'язків істотно підвищуються стійкість ходу і динамічні
якості вантажного вагона. При цьому значення показників Пy , PH як поро-
жнього, так і навантаженого вагона не перевищують граничних рівнів для
"доброго" ходу, а показник зносу коліс порівняно з використанням профілю
коліс ІТМ-73 знижується більш ніж в 3,5 рази.
У даній роботі з урахуванням підвищених вимог до безпеки руху потягів,
пов'язаних з тенденцією зростання їхніх швидкостей руху, проведено уточнен-
ня параметрів цих додаткових зв'язків для візків моделі 18-7020. Основну увагу
при цьому приділено дослідженню показника запасу стійкості від вкочування
колеса на рейки при різних швидкостях руху екіпажів по прямих і криволіній-
них ділянках колії. При цьому розглядався гірший випадок з точки зору запасу
стійкості руху вагона, коли обіддя коліс сильнозношені (товщини гребеня 27 мм).
Спосіб оцінки небезпеки сходу колеса з рейки грунтується на розгляді
рівноваги колеса в умовах початку його вкочування на рейку. Прагнення ко-
леса підвестися над головкою рейки оцінюється за допомогою відношення
бічного тиску yF до вертикального zF з боку колеса на рейку. Для встанов-
лення критичного значення цього відношення у світовій практиці використо-
вується формула Надаля, яка має вигляд [11]:
tg
tg
1z
y
N F
F
K , (1)
де – кут нахилу поверхні гребеня колеса в точці контакту з рейкою; –
коефіцієнт тертя.
Граничне значення відношення поперечної сили до вертикальної в кри-
терії Надаля
131
tg
tg
10K (2)
називається числом Надаля.
Для сильно зношених коліс кут дорівнює 68,50, коефіцієнт тертя
прийнято 0,23. При цих параметрах число Надаля 0K = 1,46.
На першому етапі виконано оцінку впливу
на показник NK вантажного вагона установки
в візках моделі 18-7020 тільки пружних адап-
терів в буксових вузлах. Розглядався пружний
адаптер, конструкцію якого запропоновано в
роботі [9] з такою схемою компонування еле-
ментів: зовнішня частина (для зчленування
адаптера і буксового отвору бічної рами); вну-
трішня частина (для зчленування адаптера і
корпусу підшипникового вузла); пружні встав-
ки (для зчленування зовнішньої і внутрішніх
частин адаптера). Розрахункову схему пружно-
го буксового адаптера приведено на рис. 2.
Передбачалося, що при використанні адаптера в щелепних отворах бук-
сових вузлів візка допускаються зазори ab до 2 мм, що створює можливість
горизонтальних поперечних і
подовжніх, а також кутових в
плані взаємних переміщень біч-
них рам і колісних пар в межах
цих зазорів.
Сили тертя abS , що вини-
кають при цих переміщеннях в
подовжньому і поперечному го-
ризонтальному напрямах, ма-
ють петлеподібну характерис-
тику (рис. 3). Лінією 1 на рис. 3
позначено зусилля після зімкнення зазору ab .
Аналізувалися максимальні значення показника NK при русі вагона з рі-
зними швидкостями по прямолінійних і криволінійних ділянках колії "добро-
го" стану.
З урахуванням результатів роботи [9], при розрахунках жорсткість адап-
тера в горизонтальному подовжньому напрямі xK варіювалася в діапазоні
(5000 – 25000) кН/м, а в поперечному yK – в діапазоні (1000 – 3000) кН/м.
На рис. 4 приведено залежності показника NK від жорсткості адаптера
xK при різних значеннях параметра yK (1000 кН/м – а), г); 2000 кН/м –
б), д); 3000 кН/м – в), е)) для випадку руху вагона з різними швидкостями по
прямих ділянках колії у порожньому (а), б), в)) і навантаженому (г), д), е))
станах. Аналіз отриманих результатів показав, що при русі вантажного ваго-
на в порожньому стані зі швидкостями (60 – 120) км/год і в навантаженому
стані зі швидкостями (60 – 100) км/год показник NK істотно нижче рівня,
Зовнішня частина адаптера
Внутрішня частина адаптера
Рис. 2
0
Горизонтальне
переміщення
a
b
Sa
b 1
Рис. 3
132
що допускається, і мало залежить від значень xK і yK . При швидкості руху
навантаженого вагона 120 км/год показник NK перевищує допустимий рі-
вень 0K при yK = 2000 кН/м і yK = 3000 кН/м незалежно від значень xK .
На рис. 5 показано аналогічні залежності для випадку руху екіпажа по
круговій кривій радіуса 300 м (позначення графіків такі ж, як на рис. 4).
Бачимо, що при русі вагона зі швидкостями (40 – 80) км/год показник
NK порожнього екіпажа (рис. 5, а), б), в)) залишається нижчий за допусти-
мий рівень при усіх значеннях xK і yK , а навантаженого вагона (рис. 5, г),
д), е)) перевищує цей рівень у випадках руху зі швидкістю 60 км/год, якщо
yK ≤ 1000 кН/м і xK < 15000 кН/м, а також зі швидкістю 80 км/год при усіх
розглянутих значеннях xK , yK .
Таким чином, з точки зору запасу стійкості вагона з візками
моделі 18-7020 від вкочування колеса на рейку при установці пружного
адаптера в буксовий вузол візка його жорсткість в горизонтальному
б
в
0,0
1,0
2,0
5000 10000 15000 20000 25000K x , кН/м
60 км/год
80 км/год
100 км/год
120 км/год
граничне значення по Надалю
0,0
1,0
2,0
5000 10000 15000 20000 25000K x , кН/м
0,0
1,0
2,0
5000 10000 15000 20000 25000K x , кН/м
0,0
1,0
2,0
5000 10000 15000 20000 25000K x , кН/м
0,0
1,0
2,0
5000 10000 15000 20000 25000K x , кН/м
0,0
1,0
2,0
5000 10000 15000 20000 25000K x , кН/м
NKNK
NK
NKNK
NK
а)
б)
в)
г)
д)
е)
Рис. 4
133
подовжньому напрямі xK повинна знаходитися в діапазоні (15000 –
20000) кН/м, в горизонтальному поперечному напрямі yK – в діапазоні (1000
– 1500) кН/м.
При цьому умова Надаля виконуватиметься при русі вагона по прямих
ділянках колії зі швидкостями до 120 км/год (незалежно від міри завантаже-
ності вагона), а в крутих кривих радіусу 300 м – зі швидкостями до 80 км/год
в порожньому стані і до 60 км/год в навантаженому.
Одним із способів поліпшення динамічних якостей вагона з трьохелеме-
нтними візками є використання зв'язків між бічними рамами [10]. Це може
бути система двох стержнів з гумовими пружними вставками в місцях кріп-
лення до бічних рам, що дає можливість їм працювати як на розтягування,
так і на стискування.
Далі виконано аналіз впливу на показник NK вантажного вагона з ві-
зками моделі 18-7020 застосування таких пружних діагональних зв'язків між
бічними рамами візка і вибрано раціональні значення жорсткості їх пружних
елементів. Досліджувався рух вантажного вагона з різними швидкостями по
прямолінійних ділянках колії (рис. 6, а), б)) і круговій кривій радіусу 300 м
1,0
1,5
2,0
5000 10000 15000 20000 25000K x , кН/м
40 км/год
60 км/год
80 км/год
граничне значення по Надалю
1,0
1,5
2,0
5000 10000 15000 20000 25000K x , кН/м
1,0
1,5
2,0
5000 10000 15000 20000 25000K x , кН/м
1,0
1,5
2,0
5000 10000 15000 20000 25000K x , кН/м
1,0
1,5
2,0
5000 10000 15000 20000 25000K x , кН/м
1,0
1,5
2,0
5000 10000 15000 20000 25000K x , кН/м
NKNK
NK
NKNK
NK
а)
б)
в)
г)
д)
е)
Рис. 5
134
(рис. 6, в), г)). Результати на графіках а) і в) відповідають порожньому руху
вантажного вагона, на графіках б) і г) – навантаженому. Значення жорсткості
свK варіювалися в діапазоні (500 – 25000) кН/м.
0,0
1,0
2,0
0 5000 10000 15000 20000K св , кН/м
40 км/год
60 км/год
80 км/год
100 км/год
120 км/год
граничне значення по Надалю
0,0
1,0
2,0
0 5000 10000 15000 20000K св , кН/м
NK
NK
0,0
1,0
2,0
0 5000 10000 15000 20000K св , кН/м
NK
0,0
1,0
2,0
0 5000 10000 15000 20000K св , кН/м
а) в)
б) г)
NK
Рис. 6
Отримані результати свідчать, що показник NK і порожнього, і наванта-
женого вагона нижчий за допустимий рівень при швидкостях руху по прямих
ділянках колії до 120 км/год при значеннях жорсткості свK більших за 1000
кН/м. Причому у випадках руху з підвищеними швидкостями запас стійкості
від сходу коліс з рейок навантаженого вагона істотно вищий, ніж порожнього.
При русі порожнього вагона в круговій кривій показник NK нижче або
близький до рівня 0K при значеннях свK більших за 10000 кН/м. Показник
NK навантаженого вагона при цих значеннях жорсткості діагональних зв'яз-
ків істотно нижче за рівень 0K при швидкостях руху 40 км/ч і 60 км/ч, проте
перевищує цей рівень при швидкості 80 км/ч.
На рис. 7 представлено порівняння показника NK вантажного вагона з
типовими візками моделі 18-7020 і візками з додатковими зв'язками вузлів:
пружними адаптерами в буксових отворах з параметрами yK = 1500 кН/м і
xK = 15000 кН/м та діагональними пружними зв'язками між бічними рамами
з жорсткістю свK = 15000 кН/м. Аналізувалися залежності максимальних
значень показника NK від швидкості руху вагона по прямих ділянках колії
(див. рис. 7, а)) та по кругових кривих радіусу 600 м (див. рис. 7, б)) і 300 м
(див. рис. 7, в)).
135
0,0
1,0
2,0
40 60 80 100V, км/ч
0,0
1,0
2,0
60 80 100 120V, км/ч
NK
NK
0,0
1,0
2,0
40 60 80V, км/ч
вагон порожній, типовий візок
вагон завантажений, типовий візок
вагон порожній, візок з додат. зв'язками
вагон завантажений, візок з додат. зв'язками
граничне значення по Надалю
NK
в) а)
б)
Рис. 7
Бачимо, що спільне використання в конструкції візка моделі 18-7020 за-
пропонованих додаткових зв'язків дозволяє підвищити стійкість швидкісного
екіпажа від вкочування коліс на рейки при русі як по прямолінійних, так і по
криволінійних ділянках колії.
Виконано аналіз показників динамічних якостей вагона Пy , PH при да-
них значеннях додаткових зв'язків візків, який свідчить, що при русі екіпажа
по прямих ділянках колії зі швидкостями до 120 км/год включно як в порож-
ньому, так і навантаженому станах їхні значення залишаються стабільними
незалежно від зносу коліс та істотно нижче допустимих рівнів. На рис. 8 для
прикладу показано залежності від швидкості руху максимальних значень по-
казників Пy (рис. 8, а)) і PH (рис. 8, б)) порожнього вагона, обладнаного
візками моделі 18-7020 з додатковими зв’язками і колесами з новим незно-
шеним профілем ІТМ-73-02 і зі зношеним профілем до товщини гребеня
27 мм (порівн. з рис. 1).
0
0,2
0,4
0,6
60 80 100 120V , км/год
сильнозношені колеса
незношені колеса з профілем ІТМ-73-02
граничне значення для "відмінного" ходу
граничне значення для "доброго" ходу
граничне значення для "допустимого" ходу
Н Р /Р 0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
60 80 100 120V , км/год
g,yП
а) б)
Рис. 8
136
Висновки. Для візка моделі 18-7020, призначеного для експлуатації у
складі швидкісних вантажних вагонів, рекомендується застосовувати:
– пружні адаптери в буксових вузлах візка зі складовими жорсткості в
горизонтальному подовжньому напрямі в діапазоні (15000 – 20000) кН/м, в
горизонтальному поперечному напрямі – в діапазоні (1000 – 1500) кН/м;
– діагональні зв'язки між бічними рамами з жорсткістю в діапазоні
(10000 – 20000) кН/м.
Найбільший ефект має місце при спільному використанні у візках моделі
18-7020 пружних адаптерів в буксових вузлах і пружних діагональних зв'яз-
ків між бічними рамами, що дозволяє підвищити швидкості руху вантажного
вагона, його стійкість та динамічні якості при русі як по прямолінійних, так і
криволінійних ділянках колії.
.
Дослідження проведені за рахунок фінансування за бюджетною програ-
мою "Підтримка розвитку пріоритетних напрямків наукових досліджень"
(КПКВК 6541230).
1. Двухосная тележка модель 18-7020 тип 2. URL: http://test.kvsz.com/index.php/ru/produktsiya/gruzovoe-
vagonostroenie/khodovye-chasti/telezhki/item/833-dvukhosnaya-telezhka-model-18-7020
2. Тележка двухосная 18-9817 с нагрузкой от колесной пары на рельс 25 тс. URL:
http://okb.at.ua/publ/telezhka_dvukhosnaja_modeli_18_9817_s_nagruzkoj_ot_kolesnoj_pary_na_relsy_25t/1-1-0-6
3. William J. H., Ebersöhn W., Lundgren J., Tournay H., Zakharov S. Guidelines to Best Practices for Heavy
Haul Railway Operations : Wheel and Rail Interface Issues. USA: International Heavy Haul Association. 2001.
482 p.
4. Ушкалов В. Ф., Мокрий Т. Ф., Малышева И. Ю., Безрукавый Н. В. Усовершенствование ходовых частей
перспективного грузового вагона. Техническая механика. 2017. № 4. С. 79–88.
https://doi.org/10.15407/itm2017.04.079
5. Neues Güterwagendrehgestell RC25NT = Radial Controlled 25 t Radsatzlast New Technology. URL:
http://elh.de/index.php?id=61
6. Шеффель Г. Устойчивость при вилянии с боковым относом и способность подвижного состава впи-
сываться в кривые Железные дороги мира. 1974. С. 32–46.
7. Тележка двухосная модели 18-4129. URL: http://okb.-at.ua/index/18_4129/0-8
8. Динамические качества грузовых вагонов, имеющих тележки с диагональными связями. URL:
http://eadnurt.diit.edu.ua
9. Ушкалов В. Ф., Мокрий Т. Ф., Малышева И. Ю., Пасічник С. С. Влияние горизонтальной жесткости
упругого адаптера в буксовом узле тележки на динамические показатели полувагона. Техническая ме-
ханика. 2016. № 4. С. 85–93.
10. Ушкалов В. Ф. , Мокрий Т. Ф., Малышева И. Ю., Мащенко И. А. Оценка влияния параметров диагона-
льных связей между боковыми рамами перспективной тележки на показатели динамических качеств
полувагона нового поколения. Техническая механика. 2009. № 2. С. 3 – 10.
11. Гарг В. К., Дуккипати Р. В. Динамика подвижного состава. Москва: Транспорт, 1988. 392 с.
Отримано 01.10.2019,
в остаточному варіанті 20.11.2019
|