Оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста электровоза с системой пассивной безопасности при его столкновении с мобильным транспортным средством

Дана оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста локомотива скоростного пассажирского поезда при его столкновении с мобильным транспортным средством с использованием разработанных математических конечно-элементных моделей. Дано оцінку напруженно-деформованого...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Техническая механика
Datum:	2011
Hauptverfasser:	Соболевская, М.Б., Теличко, И.Б.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України 2011
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88196
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста электровоза с системой пассивной безопасности при его столкновении с мобильным транспортным средством / М.Б. Соболевская, И.Б. Теличко // Техническая механика. — 2011. — № 2. — С. 49–62 . — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-88196
record_format	dspace
spelling	Соболевская, М.Б. Теличко, И.Б. 2015-11-09T19:20:19Z 2015-11-09T19:20:19Z 2011 Оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста электровоза с системой пассивной безопасности при его столкновении с мобильным транспортным средством / М.Б. Соболевская, И.Б. Теличко // Техническая механика. — 2011. — № 2. — С. 49–62 . — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1561-9184 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88196 625.28.282 : 62-758.2 Дана оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста локомотива скоростного пассажирского поезда при его столкновении с мобильным транспортным средством с использованием разработанных математических конечно-элементных моделей. Дано оцінку напруженно-деформованого стану елементів конструкції кабіни машиніста локомотива швидкісного пасажирського поїзда при його зіткненні з мобільним транспортним засобом з використанням розроблених математичних cкінченно-елементних моделей. The stressed-strained state of structural elements of a high- speed passenger train locomotive operator's cabin at collision between the train and the mobile transportation facility is estimated using developed mathematical finite-element models. ru Інститут технічної механіки НАН України і НКА України Техническая механика Оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста электровоза с системой пассивной безопасности при его столкновении с мобильным транспортным средством Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста электровоза с системой пассивной безопасности при его столкновении с мобильным транспортным средством
spellingShingle	Оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста электровоза с системой пассивной безопасности при его столкновении с мобильным транспортным средством Соболевская, М.Б. Теличко, И.Б.
title_short	Оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста электровоза с системой пассивной безопасности при его столкновении с мобильным транспортным средством
title_full	Оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста электровоза с системой пассивной безопасности при его столкновении с мобильным транспортным средством
title_fullStr	Оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста электровоза с системой пассивной безопасности при его столкновении с мобильным транспортным средством
title_full_unstemmed	Оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста электровоза с системой пассивной безопасности при его столкновении с мобильным транспортным средством
title_sort	оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста электровоза с системой пассивной безопасности при его столкновении с мобильным транспортным средством
author	Соболевская, М.Б. Теличко, И.Б.
author_facet	Соболевская, М.Б. Теличко, И.Б.
publishDate	2011
language	Russian
container_title	Техническая механика
publisher	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
format	Article
description	Дана оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста локомотива скоростного пассажирского поезда при его столкновении с мобильным транспортным средством с использованием разработанных математических конечно-элементных моделей. Дано оцінку напруженно-деформованого стану елементів конструкції кабіни машиніста локомотива швидкісного пасажирського поїзда при його зіткненні з мобільним транспортним засобом з використанням розроблених математичних cкінченно-елементних моделей. The stressed-strained state of structural elements of a high- speed passenger train locomotive operator's cabin at collision between the train and the mobile transportation facility is estimated using developed mathematical finite-element models.
issn	1561-9184
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88196
citation_txt	Оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста электровоза с системой пассивной безопасности при его столкновении с мобильным транспортным средством / М.Б. Соболевская, И.Б. Теличко // Техническая механика. — 2011. — № 2. — С. 49–62 . — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT sobolevskaâmb ocenkanaprâžennodeformirovannogosostoâniâélementovkonstrukciikabinymašinistaélektrovozassistemoipassivnoibezopasnostipriegostolknoveniismobilʹnymtransportnymsredstvom AT teličkoib ocenkanaprâžennodeformirovannogosostoâniâélementovkonstrukciikabinymašinistaélektrovozassistemoipassivnoibezopasnostipriegostolknoveniismobilʹnymtransportnymsredstvom
first_indexed	2025-11-24T03:51:52Z
last_indexed	2025-11-24T03:51:52Z
_version_	1850837726769709056
fulltext	УДК 625.28.282 : 62-758.2 М. Б. СОБОЛЕВСКАЯ, И. Б. ТЕЛИЧКО ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ КАБИНЫ МАШИНИСТА ЭЛЕКТРОВОЗА С СИСТЕМОЙ ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЕГО СТОЛКНОВЕНИИ С МОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ Дана оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста локомотива скоростного пассажирского поезда при его столкновении с мобильным транспортным средст- вом с использованием разработанных математических конечно-элементных моделей. Дано оцінку напруженно-деформованого стану елементів конструкції кабіни машиніста локомотива швидкісного пасажирського поїзда при його зіткненні з мобільним транспортним засобом з використанням розроблених математичних cкінченно-елементних моделей. The stressed-strained state of structural elements of a high- speed passenger train locomotive operator's cabin at collision between the train and the mobile transportation facility is estimated using developed mathematical finite-element models. Актуальной задачей отечественного железнодорожного транспорта явля- ется создание подвижного состава нового поколения, в частности электрово- зов, предназначенных для скоростного (160 – 200 км/ч) пассажирского дви- жения. Вопрос повышения скорости движения неразрывно связан с пробле- мой безопасности пассажиров и поездной бригады в случае аварийного столкновения поездов или наезда поезда на препятствие. На рис. 1 и рис. 2 показаны последствия аварийных столкновений локомотивов с мобильными транспортными средствами (МТС): столкновение 09.11.2007 г. с прицепом грузовой машины на переезде в Днепропетровской области (рис. 1); столкно- вение 02.11.2009 г. c бензовозом на переезде в Иркутской области (рис. 2). Рис. 1 Рис. 2 Современная конструкция электровоза скоростного пассажирского поез- да должна быть оборудована эффективными средствами активной защиты для предотвращения аварийных столкновений и системой пассивной безо- пасности (СПБ), которая при столкновении без активного участия машиниста позволит уменьшить тяжесть последствий, сохранить жизнь и здоровье нахо- дящихся в поезде людей. Снижение возникающих при сверхнормативном  М.Б. Соболевская, И.Б. Теличко, 2011 49 Техн. механика. – 2011. – № 2. ударе продольных сил и ускорений достигается за счет деформации входя- щих в СПБ специальных жертвенных зон и жертвенных элементов, располо- женных в концевых частях электровоза. Поэтому при проектировании скоро- стного электровоза с СПБ особое внимание должно быть уделено разработке конструкции его концевых частей, в частности кабины машиниста, которая должна отвечать не только требованиям эксплуатационной прочности, но и требованиям пассивной безопасности. На сегодняшний день такие требова- ния и в Украине, и в России определяются только конкретным техническим заданием на разработку кабины машиниста, поскольку соответствующие нормативы и общие технические требования пока отсутствуют. В странах ЕС с 2008 года обеспечение пассивной безопасности железно- дорожного экипажа скоростного и высокоскоростного поезда является обяза- тельным и регламентируется европейским стандартом EN 15227:2008 “Railway applications – Crashworthiness requirements for railway vehicle bodies” [1]. С 2009 года в Российской Федерации разрабатывается, но пока не принят проект “Технические требования к системе пассивной безопасности подвиж- ного состава для пассажирских перевозок железных дорог колеи 1520 мм”. Согласно европейскому стандарту EN 15227:2008 при разработке пасса- жирского локомотива с СПБ, кроме обязательных прочностных расчетов кон- струкции на действие нормативных статических нагрузок, должны быть вы- полнены расчеты нелинейного деформирования его конструкции при удар- ных нагрузках в соответствии с тестовыми сценариями столкновений. Соз- дать железнодорожный экипаж, конструкция которого обеспечивала бы за- щиту пассажиров и поездной бригады для любых видов аварий, невозможно. Поэтому выбор тестовых сценариев основан на результатах анализа стати- стических данных об аварийных столкновениях, которые наиболее часто воз- никают на железных дорогах Европы и характеризуются самым высоким уровнем смертей и травм. Согласно данным за 1991 – 1995 гг. доля столкно- вений локомотива с вагоном составляет 39%, а с препятствием на переезде – 37 % от общего числа аварий. Исходя из этих данных, стандартом EN 15227:2008 определены следующие обязательные тестовые сценарии для экспериментальной и расчетной проверки СПБ: а) лобовое столкновение двух идентичных поездных составов со скоро- стью 36 км/ч; б) лобовое столкновение поездного состава со скоростью 36 км/ч с не- подвижным грузовым вагоном массой 80 т; в) лобовое столкновение поездного состава со скоростью 110 км/ч с крупно- габаритным дорожным транспортным средством массой 15 т на переезде; г) столкновение поездного состава с невысоким препятствием, например, машиной на железнодорожном переезде, животным, мусором. Первые два сценария характеризуют сверхнормативное ударное воздей- ствие, передаваемое через буфера и жертвенные элементы, установленные на раме локомотива. Эти сценарии являются базовыми для выбора параметров жертвенных элементов. Третий сценарий характеризует удар со скоростью V = 110 км/ч в лобовую часть кабины на уровне между подоконным и надокон- ным брусьями и является базовым при определении параметров конструкции кабины машиниста. Четвертый сценарий является базовым для расчета кон- струкции путеочистителя. Стандарт EN 15227:2008 не предъявляет конкретных требований по уровню энергопоглощения для элементов СПБ. Обязательным требованием 50 этого стандарта является сохранение неповрежденным пространства для вы- живания пассажиров и поездной бригады на протяжении всего времени сжа- тия жертвенных элементов. Местная пластическая деформация и местный изгиб допустимы при условии, что области такой деформации достаточно ограничены, т.е. такая деформация не ведет к уменьшению пространства для выживания. В кабине машиниста длина такого пространства должна состав- лять не менее 0,75 м. Среднее значение продольного ускорения в зонах вы- живания не должно превышать 5 g для сценариев 1 и 2 и 7,5 g для сценария 3. При моделировании тестовых сценариев столкновения используется мо- дель эталонного поездного состава, которая включает полную трехмерную модель конструкции локомотива с подробным представлением жертвенных элементов в его концевых частях. Обычно только модели первого или первых двух вагонов должны включать в себя детально разработанные модели жерт- венных элементов на раме и жертвенных зон в конструкции кузова. Осталь- ные вагоны, входящие в поездной состав, могут быть представлены в виде системы сосредоточенных масс, системы пружин и т.п., которые воспроизво- дят поведение вагонов в целом. В европейском стандарте EN 15227:2008 четко определены параметры эталонных препятствий, которые используются при расчетах. В третьем тес- товом сценарии дорожное транспортное средство массой M = 15 т представ- лено специальной моделью деформируемого крупногабаритного препятствия, геометрические размеры которой приведены на рис. 3. Рис. 3 На рис. 3 использованы следующие обозначения: 1– головка рельса; A, B – части препятствия. Центр масс модели препятствия расположен на высоте 1750 мм от уровня головки рельса. Коэффициент трения при движении препятствия по земле равен нулю, а при контакте препятствия с элементами передней части кабины машиниста равен 0,2. Модель препятствия имеет постоянную плотность в поперечном направлении (перпендикулярно движению локомотива) и посто- янную жесткость в продольном направлении (вдоль движения локомотива). Характеристики жесткости эталонного деформируемого препятствия опреде- ляются путем решения специальной задачи об ударе со скоростью 30 м/с по центру препятствия монолитной правильной однородной сферой массой 50 т, диаметром 3 м. Центр масс сферы расположен на высоте 1,5 м над уровнем головки рельса. Сфера имеет только одну степень свободы – в продольном 51 направлении. Эталонная модель деформируемого крупногабаритного препят- ствия должна иметь характеристику жесткости, которая, как минимум, соот- ветствует характеристике кривой “продольная сила Fx – продольное переме- щение сферы x”, изображенной на рис. 4. Рис. 4 При моделировании третьего сценария столкновения центральная сцепка на торце локомотива не учитывается. На рис. 5 показана схема распо- ложения локомотива и препятствия согласно третьему европейскому тесто- вому сценарию аварийного столкновения V = 110 км/ч. Рис. 5 Сценарий 3: V=110 км/ч, m=15 т Рис. 5 В российском проекте “Технические требования к системе пассивной безопасности подвижного состава для пассажирских перевозок железных до- рог колеи 1520 мм”, разработанном ОАО “ВНИКТИ” и ОАО “ВНИИЖТ” в 2010 г., по степени обеспечиваемой защиты СПБ подразделяются следующим образом. Уровень 0: пассивная безопасность подвижного состава обеспечивается в пределах скоростей столкновения до 10 км/ч. Этот уровень защиты не преду- сматривает установку дополнительных жертвенных элементов, обустройство жертвенных зон, кроме штатных поглощающих аппаратов сцепных устройств и штатных буферов, с суммарной энергоемкостью до 0,3 МДж. Уровень I: на подвижном составе устанавливаются специальные жерт- венные элементы СПБ. Для этого уровня защиты, который должен обеспе- чить энергопоглощение не менее 2 МДж, рассматриваются следующие тесто- вые сценарии столкновения подвижного состава с препятствием:  сценарий 1: столкновение со скоростью 72 км/ч с мобильным транс- портным средством массой 10 т на железнодорожном переезде; 52  сценарий 2: столкновение со скоростью 36 км/ч с загруженным грузо- вым вагоном массой 80 т на железнодорожном пути. Уровень II: на подвижном составе устанавливаются специальные защит- ные энергопоглощающие устройства СПБ. Для этого уровня защиты, кото- рый должен обеспечить энергопоглощение не менее 4 МДж, рассматривают- ся такие тестовые сценарии столкновения подвижного состава с препятстви- ем:  сценарий 1: столкновение со скоростью 110 км/ч с мобильным транс- портным средством (МТС) массой 10 т на железнодорожном переезде;  сценарий 2: столкновение со скоростью 36 км/ч с загруженным грузо- вым вагоном массой 80 т на железнодорожном пути. Выбор таких тестовых сценариев основан на результатах анализа аварий- ных столкновений на железных дорогах России в 2001 – 2008 гг., согласно которым 86% всех аварий происходит на железнодорожных переездах. В отличие от европейского стандарта EN 15227:2008 в российском про- екте препятствие считается недеформируемым, допускающим свободное (без трения) перемещение вдоль направления движения поезда. Центр масс пре- пятствия расположен на равном удалении от правой и левой нитей рельсовой колеи на высоте 2,0 м от уровня головки рельса (УГР). Для сценария 1 препятствие в виде МТС массой 10 т (грузовой автомо- биль, панелевоз, автоцистерна) представляет собой плоскую вертикальную стенку с фронтальными размерами 4,0×4,0 м, расположенную перпендику- лярно направлению движения поезда, а также цилиндр диаметром 3,0 м и длиной 4,0 м, продольная ось которого расположена горизонтально поперек направлению движения поезда. Ориентируясь на требования технического задания на разработку кабины машиниста скоростного электровоза ЭП20 массой 126 т, предложена концеп- ция его пассивной защиты. Согласно этой концепции при аварийном столк- новении локомотива с грузовым вагоном массой 80 т со скоростью 36 км/ч в результате согласованной работы элементов СПБ может быть погашена кине- тическая энергия не менее 2 МДж без превышения допустимого уровня (5g) продольного ускорения в зоне безопасности (при уровне продольного уско- рения 5g значение контактного усилия составляет 6,2 МН). Концепция осно- вана на предположении, что в передней части рамы локомотива располагает- ся срезаемая при сверхнормативном ударе автосцепка, которая не препятст- вует работе СПБ в аварийной ситуации, а рама электровоза позволяет без возникновения в ее элементах остаточных деформаций обеспечить эффек- тивное срабатывание СПБ. Конструкция кабины выдерживает нормативные нагрузки, а при аварийном столкновении, в первую очередь, разрушаются жертвенные элементы и жертвенная зона кабины. Согласно концепции боль- шая часть энергии поглощается за счет пластического деформирования жерт- венных элементов, установленных в концевой части рамы электровоза, кото- рая является основной конструкцией, воспринимающей продольный удар. При сверхнормативном ударном воздействии контактное усилие не превыша- ет уровня 4,2 МН. Разработана конструкция модульной кабины машиниста электровоза ЭП20 с СПБ, в состав которой входят:  два жертвенных элемента, установленных в концевой части рамы;  жертвенная зона, расположенная в передней части кабины; 53  зона безопасности в задней части кабины, обеспечивающая необ- ходимое пространство для выживания локомотивной бригады. Элементы СПБ модульной кабины машиниста электровоза показаны на рис. 6. Рис. 6 В результате конечно-элементного математического моделирования на- пряженно-деформированного состояния (НДС) элементов конструкции каби- ны машиниста при рассматриваемом сценарии столкновения получено, что за счет работы СПБ можно обеспечить поглощение энергии порядка 2,1 МДж при продольной деформации 700 мм без превышения допустимого уровня (5g) продольного ускорения в зоне безопасности [2]. Для разработанной конструкции кабины машиниста проведено исследо- вание НДС ее элементов при сверхнормативных ударах, которые соответст- вует тестовому сценарию 1 российского проекта для уровня I пассивной безопасности. Рассмотрен худший вариант препятствия – автоцистерна. С помощью метода конечных элементов выполнены расчеты и проведен анализ упругопластического деформирования разработанной конструкции каркаса кабины с учетом и без учета жертвенных элементов при ударе недеформи- руемым цилиндром (бойком) массой M = 10 т со скоростью V = 72 км/ч. Схема взаимодействия элементов модульной кабины машиниста с бой- ком при ударе приведена на рис. 7. 54 M=10 т V=72 км/ч Рис. 7 В качестве граничных условий приняты условия жесткой заделки заднего торцового сечения конструкции жертвенного элемента, элементов крепления каркаса кабины к кузову электровоза и элементов крепления передней части зоны безопасности кабины к раме электровоза, а также поверхности рассмат- риваемого фрагмента рамы, на которой с помощью болтового соединения крепится каркас кабины. Решение поставленной задачи получено с использованием результатов двух расчетов по оценке упругопластического деформирования:  каркаса кабины (без учета жертвенных элементов, установленных в концевой части рамы) при ударе недеформируемым цилиндром массой 10 т со скоростью 72 км/ч (расчет 1);  жертвенного элемента, установленного в концевой части рамы электровоза, при рассматриваемом ударе (расчет 2). Расчеты 1 и 2 выполнены с использованием трехмерных конечно- элементных математических моделей, разработанных для анализа динамиче- ского контактного взаимодействия между элементами конструкции кабины с СПБ и бойком с учетом геометрической и физической нелинейностей, дина- мического упрочнения стали в зависимости от скорости удара, а также воз- можного разрушения элементов конструкций СПБ и кабины при ударе. При моделировании использованы специальные пластинчатые элементы с че- тырьмя или тремя узлами, каждый из которых имеет по три линейных и угло- вых перемещения, скорости и ускорения относительно осей узловой системы координат элемента. Эти элементы позволяют учитывать большие пластиче- ские деформации. Боек моделировался объемными конечными элементами с восьмью узлами, каждый из которых имеет по три линейных перемещения, скорости и ускорения. Между бойком и исследуемыми конструкциями, а также между элементами самих конструкций каркаса и жертвенного элемента учитывалась возможность контакта типа “автоматический, поверхность – по- верхность”. В качестве начальных условий задана в момент времени t = 0 скорость центра масс бойка V =72 км/ч. Конечно-элементная схема каркаса кабины представлена на рис. 8. 55 Рис. 8 Рис. 9 Она содержит 18695 узлов и 18877 конечных элементов. На рис. 9 показаны граничные условия, принятые для расчета 1 НДС кар- каса кабины при ударе. Результаты расчета 1 представлены на рис. 10 – 15. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 F k , МН t , c Рис. 10 На рис. 10 приведена зависимость от времени контактного усилия между бойком и конструкцией каркаса. На рис. 11 показано деформирован- ное состояние, а на рис. 12 – НДС элементов конструкции каркаса кабины в характерные моменты времени (см. рис. 10). kF Результаты расчета 2 представлены на рис. 13 – 15. На рис. 13 приведена зависимость контактного усилия между бойком и жертвенным элементом от времени. На рис. 14 показано НДС жертвенного элемента (дан вид конст- рукции в разрезе центральной продольно-вертикальной плоскостью симмет- рии) в разные моменты времени (см. рис. 13). eF 56 t = 0,001 c t = 0,008 c t = 0,030 c t = 0,020 c t = 0,035 c t = 0,043 c Рис. 11 57 t = 0,020 c t = 0,001 c t = 0,043 c t = 0,026 c Рис. 12 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05t , c F e , МН Рис. 13 58 t = 0,001 c t = 0,002 c t = 0,003 c t = 0,005 c t = 0,008 c t = 0,016 c t = 0,028 c t = 0,046 c Рис. 14 На рис. 15 показана зависимость энергии , поглощаемой в результате деформации жертвенного элемента, от продольного перемещения центра масс бойка при ударе eE bu    2 22 VtvM Ee   , где – скорость бойка в момент времени t .  tv В результате выполненного анализа установлено, что за счет пластиче- ского деформирования и разрушения конструкции одного жертвенного эле- мента может быть поглощена кинетическая энергия Еe  0,45 МДж при про- дольном перемещении бойка на 700 мм. Поскольку в концевой части элек- тровоза параллельно установлены два одинаковых жертвенных элемента, то в результате их совместной работы в аварийной ситуации может быть погло- 59 щена энергия порядка 0,9 МДж при продольном перемещении бойка на 700 мм и порядка 1 МДж при продольном перемещении бойка на 800 мм. 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900u b , мм Е e , МДж Рис. 15 Следует отметить, что при рассматриваемом ударе жертвенный элемент работает в основном на изгиб, а не на сжатие в продольном направлении. А это существенным образом сказывается на уровне энергии, поглощаемой при его деформации. С использованием результатов расчетов 1 и 2 получены:  суммарная силовая характеристика деформации каркаса кабины с учетом жертвенных элементов, установленных в концевой части рамы (рис. 16);  общее энергопоглощение при совместной работе жертвенных эле- ментов, установленных в концевых частях рамы электровоза, и жертвенной зоны каркаса кабины машиниста (рис. 17). Рис. 16 60 Рис. 17 На рис. 16 и 17 приведены соответственно зависимости контактных усилий и энергии, поглощаемой при деформации конструкции каркаса кабины (линия “каркас кабины”) согласно расчету 1, двух жертвенных элементов (линия “2 жертв. эл-та”) согласно расчету 2, а также при совместной деформации жертвенных элементов и конструкции каркаса (линия “каркас кабины + 2 жертв. эл-та”) от продольного пере- мещения центра масс бойка. Как видно из полученных результатов, при ударе неде- формируемым цилиндром массой 10 т со скоростью 72 км/ч СПБ разработанной кон- струкции кабины электровоза может обеспечить поглощение энергии удара не более 1,5 МДж в результате перемещения бойка до 800 мм без превышения допустимых уровней контактного усилия (4,2 МН) и продольного ускорения (5g) в зоне безопас- ности кабины. На уровне поглощаемой энергии существенным образом сказывается то, что удар приходится не только в лобовую часть каркаса кабины, но и в жертвен- ные элементы, которые при этом работают, в основном, на изгиб. При этом энерго- поглощение за счет практически максимальной деформации жертвенной зоны карка- са кабины не превышает 0,5 МДж. Пространство для выживания машиниста (зона безопасности) не испытывает значительных пластических деформаций (см. рис. 11 – 12), однако требования рассмотренного тестового сценария 1 по уровню энергопо- глощения (2,0 МДж) не выполняются. Проведенные исследования показали, что низко расположенный от го- ловки рельса недеформируемый цилиндр не является адекватной моделью реального МТС в виде автоцистерны при аварийном столкновении (см. рис. 1). Как показывают результаты европейских исследований по проек- ту SAFETRAIN [3, 4], на которых основан стандарт EN 15227:2008, при столкновении с МТС только 30 % кинетической энергии поглощается за счет деформации элементов конструкции локомотива, в первую очередь кабины, а остальные 70% энергии поглощаются за счет деформации препятствия. При этом модель крупногабаритного препятствия в стандарте EN 15227:2008 учи- тывает, что основной удар приходится по кабине, а не по жертвенным эле- ментам, установленным в концевой части рамы локомотива (см. рис. 5). Таким образом, для тестового сценария столкновения с МТС скоростного локомотива, предназначенного для движения по колее 1520 мм, необходима разработка адекватной модели деформируемого препятствия. При этом должно быть учтено, что основной удар приходится по каркасу кабины, а не по жертвенным элементам, установленным в концевой части рамы локомоти- ва, и за счет деформации препятствия поглощается около 70% энергии удара. 61 62 Соответственно этому должны быть откорректированы записанные в Россий- ском проекте “Технические требования к системе пассивной безопасности подвижного состава для пассажирских перевозок железных дорог колеи 1520 мм” требования по энергопоглощению. В целом, учитывая схожесть проблем, связанных с организацией скоро- стного и высокоскоростного пассажирского движения в странах постсовет- ского пространства, представляется целесообразным создание единого нор- мативного стандарта по пассивной безопасности для всего пространства ко- леи 1520 мм на основе анализа типичных для этого пространства аварийных ситуаций с учетом накопленного мирового опыта и уже действующего евро- пейского стандарта EN 15227:2008. 1. EN 15227. Railway applications – Crashworthmess requirements for railway vehicle bodies. – Brussel : EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION, 2008. – 37 p. 2. Ушкалов В. Ф. Разработка кабины машиниста электровоза ЭП20 с системой пассивной безопасности при аварийных столкновениях с препятствием на железнодорожном пути / В. Ф. Ушкалов, М. Б. Соболевская, И. Б. Теличко // Вісник Східноукраїнського національного університету імені В. Даля. – 2010. – № 5 (147). – Частина 2. – С. 67 – 72. 3. Пассивная безопасность пассажирского подвижного состава // Железные дороги мира. – 2007. – № 6. – С. 61 – 65. 4. Совершенствование локомотивов в соответствии с требованиями к безопасности при столкновениях // Железные дороги мира. – 2007. – № 8. – C. 57 – 63. Институт технической механики Получено 01.04.11, НАН Украины и НКА Украины, в окончательном варианте 16.05.11 Днепропетровск

Institution

Ähnliche Einträge