Контент-платформа Pandia.ru:     2 872 000 материалов , 128 197 пользователей.     Регистрация


Расчетно-экспериментальные исследования полимерного амортизатора удара

 просмотров


УДК 629.4.028.86

А. П. Болдырев, П. Д. Жиров, В. А. Алдюхов, С. А. Кравцов

РАСЧЕТНО-экспериментальные исследования

полимерного амортизатора удара

Приведены результаты статических и динамических испытаний полимерного поглощающего аппарата автосцепки. Дано сравнение экспериментальных и расчетных силовых характеристик комплекта полимерных элементов.

Ключевые слова: полимерный поглощающий аппарат, конечноэлементная модель, статические испытания, динамические испытания.

Согласно «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», утвержденной Правительством РФ в 2008 году, к 2030 году прогнозируется увеличение погрузки на% по сравнению с показателями докризисного 2007 года, грузооборота – на% [1] .

Повышение массы подвижных единиц и увеличение скоростей их движения, интенсификация маневровой работы для ускорения процесса формирования поездов предъявляют особые требования к эффективности межвагонных амортизирующих устройств. Исследованию эффективности поглощающих аппаратов и их основных компонентов – полимерных упругих элементов посвящена данная статья.

В 2010г. сотрудниками кафедры «ДПМ» БГТУ был спроектирован прототип полимерного поглощающего аппарата класса Т1ТЭП1(рис.1). Основу этого аппарата составил комплект из 9 полимерных элементовDUREL, разделенных стальными пластинами толщиной 5 мм. Проектный чертеж полимерного элемента и его общий видпредставлены на рис.2.


На первом этапе исследования была подготовлена конечноэлементная модель полимерногоэлемента [2; 3]. Конфигурация параметров конечноэлементной модели основана на результатах экспериментов, проводимых в лаборатории кафедры «ДПМ» (полимерный элемент сжимался до рабочего хода в 17 мм). На рис. 3 представлены экспериментальная и расчетная (с использованием МКЭ) силовые характеристики полимерного элемента.

Основные показатели представлены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты первого нагружения

Характеристика

Полнота

Энергия, кДж

Максимальная сила, кН

Экспериментальная

0,407

2,08

300

Расчетная

0,432

2,05

279

Расхождение

6,2%

-1,4%

-7,1%

После серии нагружений в ходе испытаний у элемента наблюдается усадка. Изменяются его форма и габаритные размеры, стенки центрального отверстия теряют форму цилиндра с прямой образующей. В связи с этим была создана и рассчитана конечно-элементная модель элемента после усадки (рис. 4).

Путём варьирования свойств материала и коэффициента трения были получены значения, при которых расчётная силовая характеристика практически идентична экспериментальной характеристике.

 


На рис. 5 представлены силовые характеристики, полученные путём моделирования в пакете MSCMarc и при нагружении образца силой до 1710 кН, что соответствует номинальной силе при работе аппарата. Основные параметры силовых характеристик представлены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты исследования

Характеристика

Полнота

Энергия, кДж

Максимальная сила, кН

Экспериментальная

0,247

10,53

1700

Расчетная

0,241

10,51

1710

Расхождение

-2,2%

-0,2%

0,6%

Максимальный ход составил 25 мм.

Расхождения по коэффициенту полноты, энергии и максимальной силе не превысили 2,5%, что свидетельствует о достаточной адекватности модели и о возможности использовать её в дальнейших расчётах.

На втором этапе исследования сиспользованием полимерных элементовDURELбыл изготовлен полимерный аппарат ТЭП1 класса Т1.

В табл.3 приведеныожидаемые и расчетные характеристикиаппарата.

Таблица 3

Характеристики аппарата

Параметр

Значение

Ожидаемое

Расчетное

Максимальный рабочий ход, мм

9

93,5

Номинальная сила для достижения Wn, МН

2,0

2,0

Сила начальной затяжки, кН

140

Сила обратного хода при полном восстановлении рабочего хода (при X=0 ), кН

≥15

61

Сила при максимальном рабочем ходе, МН

1,5 - 3,0

1,7

Статическая энергоёмкостьпри максимальном рабочем ходе (скорость тестирования – 2 мм/с),кДж

>20

76

Окончание табл. 3

Параметр

Значение

Ожидаемое

Расчетное

Номинальная энергоёмкость при силе Fn=2,0 MН, кДж

>70

>70

Максимальная энергоёмкость при силе Fmax=2,4 MН при незакрытом аппарате, кДж

>90

>92

Энергоемкость в состоянии поставки без
достижения максимального рабочего хода, кДж

>50

>50

Коэффициент абсорбции энергии

0,7 - 0,95

>0,7

Экспериментальные исследования полимерного поглощающего аппарата включали два этапа: статические и ударные динамические испытания.

Статические испытания поглощающего аппарата проводились в «Бежицкая сталь». Подпорный полимерный комплект включал в себя 9 ранее подвергавшихся нагружению полимерных элементов. В процессе испытаний полимерный поглощающий аппарат был нагружен 4 раза с периодом между нагружениями 5 мин. Результаты испытаний представлены на рис.6 и в табл.4. Испытания проводились при температуре 10 ˚С.


Таблица 4

Результаты статических испытаний полимерного аппарата

Ход, мм

Сила, кН

(1-е нагружение)

Сила, кН

(2-е нагружение)

Сила, кН

(3-е нагружение)

Сила, кН

(4-е нагружение)

0

0

0

0

0

20

391

327

263

208

40

547

412

391

327

60

795

652

530

442

80

1010

943

789

602

100

1230

1244

1061

817

120

1517

1418

1146

140

1739

1650


На рис. 7 показаны силовые характеристики, полученные расчетным путём в пакете MSCMarc, экспериментальным путем, а также характеристика, предоставленная фирмой DUREL.

Энергоемкость аппарата составила 87 кДж, что соответствует ОСТ 32.175–2001[4].

Динамические ударные испытания полимерного поглощающего аппарата ТЭП1 проводились на стенде-горке «Бежицкая сталь». На рис. 8 представлена типичная силовая характеристика при ударе. Параметры полученных силовых характеристик сведены в табл. 5.

Таблица 5

Таблица 5

Результаты динамических испытаний полимерного аппарата

Скорость, м/с

Полнота

Коэффициент
поглощения

Максимальный ход, мм

Максимальная сила, кН

Энергия, кДж

0,65

0,548

0,346

21,7

614

7,31

0,88

0,581

0,429

35,9

934

19,5

1,05

0,558

0,456

45,0

1130

28,4

1,30

0,602

0,502

49,5

1287

38,3

1,65

0,530

0,592

62,9

1549

51,6

1,75

0,481

0,574

72,3

1692

58,9

Окончание табл. 5

Скорость, м/с

Полнота

Коэффициент
поглощения

Максимальный ход, мм

Максимальная сила, кН

Энергия, кДж

1,87

0,487

0,597

82,9

1835

74,1

2,05

0,508

0,701

91,8

1966

91,7

2,44

0,503

0,685

108,2

2107

114,7

2,60

0,401

0,822

123,3

2807

139,0

0,65

0,510

0,590

43,5

471

10,4

0,88

0,510

0,631

57,2

691

20,2

1,05

0,476

0,664

71,0

897

30,3

1,30

0,462

0,686

83,6

1063

41,0

1,56

0,433

0,682

95,2

1251

51,5

1,75

0,430

0,752

109,0

1443

68,1

1,87

0,347

0,736

115,5

2041

81,8

2,05

0,247

0,772

113,7

3544

99,4

Заключительным этапом исследования полимерного поглощающего аппарата было изучение влияния данного поглощающего аппарата на подвижной состав при переходных режимах движения поезда. Были рассмотрены трогание поезда, экстренное торможение и полное служебное торможение. На рис. 9, 10 представлены распределения сил при трогании и экстренном торможении однородного состава, оборудованного различными поглощающими аппаратами.

По полученным данным видно, что полимерный поглощающий аппарат дает достаточно низкие силы по составу и по этому показателю сопоставим с более дорогими эластомерными и фрикционно-эластомерными поглощающими аппаратами.

Итак, в результате исследований спроектирован и испытан полимерный поглощающий аппарат автосцепки. Полученныехарактеристики аппарата соответствуют классу Т1. Полимерный поглощающий аппарат ТЭП1 рекомендуется к внедрению на железнодорожном транспорте РФ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Правительство Российской Федерации. О стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года: распоряжение от 17.06.08.

2.  Оден, Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред/Дж. Оден.-М.: Мир, 1972. – 463 с.

3.  Черных, К. Ф. Нелинейная теория упругости в машиностроительных расчетах / К. Ф. Черных. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986. – 336 с.

4.  ОСТ 32.. Аппараты поглощающие автосцепного устройства грузовых вагонов и локомотивов. Общие технические требования.

Материал поступил в редколлегию 18.01.13.

Мы в соцсетях:


Подпишитесь на рассылку:
Посмотрите по Вашей теме:

Полимеры

Проекты по теме:

Основные порталы, построенные редакторами

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалоги
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьер

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказЭкономикаРегионы РоссииПрограммы регионов
История: СССРИстория РоссииРоссийская ИмперияВремя2016 год
Окружающий мир: Животные • (Домашние животные) • НасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШкола
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовМуниципалитетыМуниципальные районыМуниципальные образованияМуниципальные программыБюджетные организацииОтчетыПоложенияПостановленияРегламентыТермины(Научная терминология)

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства