Сравнительный анализ конструкций рам длиннобазных платформ

Библиографический список

1. Мелиорация и водное хозяйство. Осушение : справочник / Б. С. Маслов, Е. П. Панов, Е. И. Кормыш и др. - М.: Ассоциация Экост, 2001. - 607 с. - ISBN 5900395-30-8.

2. Руководство по применению полимерных материалов (пенопластов, геотексти-лей, георешеток, полимерных дренажных труб) для усиления земляного полотна при ремонтах пути / МПС России. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. - 111 с.

3. Реконструкция и техническое содержание нижнего строения железнодорожного пути с применением геосинтетиков / Ю. Грубер // Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации земляного полотна и искусственных сооружений : материалы Второй научно-технической конференции с международным участием (Москва, 22-23 ноября 2005 г.). - М.: МИИТ, 2005. - 216 с. - С. 208-212. - ISBN 57493-0899-5.

4. Фильтрационные свойства геотекстильных материалов в мерзлом состоянии» В. И. Штыков, Л. С. Блажко, А. Б. Пономарёв, М. В. Бушуев // Новые исследования в областях водоснабжения, водоотведения, гидравлики и охраны водных ресурсов : материалы трех академических чтений, проведённых в ПГУПС 11 и 12 апреля 2006 года. -СПб.: ОМ-Пресс, 2006. - 84 с. - С. 21-24. - ISBN 5-901739-39-6.

5. Геотекстильные материалы в зоне промерзания / Л. С. Блажко, В. И. Штыков, А. Б. Пономарёв, М. В. Бушуев // Путь и путевое хозяйство. - 2006. - № 9. - С. 32-34.

6. Об оценке пригодности геотекстильных материалов в качестве защитнофильтрующих для дренажа / В. И. Штыков, А. Б. Пономарёв // Тезисы докладов международного симпозиума «Чистая вода России 2003 г.», Екатеринбург, 14-18 апреля 2003. - С. 34-35.

7. Основы методики подбора геотекстиля для обеспечения более продолжительного срока его службы / Л. С. Блажко, В. И. Штыков, М. В. Бушуев, А. Б. Пономарёв // Ресурсосберегающие технологии в транспортном строительстве и путевом хозяйстве железных дорог : сб. науч. тр. по материалам международной научно-практической Интернет-конференции (15 ноября-30 декабря 2006 г.). - С. 5-8.

8. Кольматирование геотекстильных материалов / Л. С. Блажко, В. И. Штыков, М. В. Бушуев, А. Б. Пономарёв // Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации земляного полотна и искусственных сооружений : материалы Второй научно-технической конференции с международным участием (Москва, 22-23 ноября 2005 г.). - М.: МИИТ, 2005. - 216 с. - ISBN 5-7493-0899-5.

УДК 629.463.64 Д. А. Василенко

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ РАМ ДЛИННОБАЗНЫХ ПЛАТФОРМ

Рост объемов железнодорожных контейнерных перевозок, конкуренция с автомобильными перевозчиками создают предпосылки для поиска новых путей организации перевозок. Анализ технической информации показывает, что в настоящее время до 80% международных перевозок крупных грузов осуществляется при использовании контей-

неров, которые позволяют организовать доставку товаров с использованием различных видов транспорта. Перевозка грузов в крупнотоннажных контейнерах - одно из перспективных направлений развития железнодорожного транспорта. Постоянно возрастающий объем таких перевозок увеличивает потребность в специализированных вагонах-платформах.

длиннобазные платформы, прочностные характеристики, прогиб, момент инерции. Введение

К изменению структуры перевозимых крупнотоннажных контейнеров привела постоянно увеличивающаяся доля экспортно-импортных и транзитных грузопотоков. Если в 90-е годы основной объем составляли 20футовые контейнеры, то в настоящее время 60-65% объема перевозок составляют 40-футовые контейнеры. На них приходится 90% российского импорта и 20-25% экспорта [1].

Задача создания длиннобазных платформ для перевозки крупнотоннажных контейнеров стала актуальной после того, как были предприняты попытки модернизации и переоборудования универсальных платформ, однако такое решение оказалось экономически невыгодным из-за низкой производительности платформы [1].

1 Конструктивные особенности платформ

Специалистами вагоностроительных заводов Украины и России были проанализированы потребности рынка, а также разработано и налажено производство ряда моделей платформ с погрузочной длиной 80 футов.

Так, Энгельсский завод транспортного машиностроения ОАО «Трансмаш» начал выпуск платформ для перевозки крупнотоннажных контейнеров модели 13-9751 (рис. 1). Рама платформы представляет собой сварную металлоконструкцию, основными несущими элементами которой являются хребтовая и боковые балки. Хребтовая балка имеет коробчатое сечение, переменное по высоте: от 300 мм в концевых частях рамы до 750 мм на межшкворневом участке. Боковые балки имеют переменное по высоте двутавровое сечение - от 650 мм в средней части рамы до 392 мм в концевых частях.

Рис. 1. Вагон-платформа модели 13-9751, выпускаемый компанией

ОАО «Трансмаш»

Грузоподъемность вагона составляет 69 т, масса тары 27 т. Длина вагона по осям сцепления автосцепок составляет 25,62 м, база 19,3 м.

ОАО «Днепровагонмаш» с августа 2004 г. начало выпуск вагонов-платформ для перевозки труб большого диаметра модели 13-4108, грузоподъемностью 62 т, массой тары 32 т (рис. 2). Рама платформы представляет собой сварную металлоконструкцию, основными несущими элементами которой являются две боковые балки двутаврового профиля и хребтовая балка, состоящая из двух двутавровых профилей. Боковые балки имеют сечение двутавра № 45. Хребтовая балка имеет переменное по высоте сечение - от 360 мм в концевых частях до 800 мм на межшкворневом участке.

Платформа предназначена для перевозки труб большого диаметра с полимерным защитным покрытием и без него. Размеры транспортируемых труб: диаметр - от 530 до 1420 мм, толщина стенок - от 8 до 40 мм.

Конструкция платформы обеспечивает:

решение проблем транспортировки труб большого диаметра на одной единице подвижного состава;

упрощение процесса погрузки и снижение трудоемкости закрепления труб;

компактность размещения груза на платформе;

максимальное использование грузоподъемности вагона;

надежное крепление транспортируемых труб.

Рис. 2. Вагон-платформа модели 13-4108, выпускаемый компанией ОАО «Днепровагонмаш»

Конструкция платформы состоит из жестко закрепленных на раме платформы стоек с увязочными устройствами торцевых стенок. Наличие резинового покрытия на стойках, стенах и ложементах обеспечивает со-

хранность полиэтиленового покрытия труб и фасок под сварку. Длина вагона по осям сцепления автосцепок 26,22 м, база 20 м.

В мае 2006 г. ОАО МЗТМ начало выпуск платформ модели 13-1796 (рис. 3) для перевозки крупнотоннажных контейнеров. Грузоподъемность вагона составляет 70 т, масса тары 24 т.

Рис. 3. Платформа модели 13-1796 для перевозки крупнотоннажных контейнеров, выпускаемая компанией

ОАО МЗТМ

Рама платформы представляет собой сварную металлоконструкцию, основными несущими элементами которой являются боковые балки и хребтовые балки в концевых частях рамы. Боковые балки имеют переменное по высоте сечение - от 400 мм в концевых частях до 950 мм на межшкворневом участке. По длине боковые балки имеют также переменное сечение. В средней части рамы боковые балки имеют коробчатое сечение, а в консольных частях - двутавровое. Хребтовая балка в консольной части имеет сечение, состоящее из двух сваренных между собой профилей зета № 31. Боковые балки соединены между собой двумя шкворневыми балками, промежуточными поперечными балками и раскосами. Длина вагона по осям сцепления автосцепок составляет 25,69 м, база 18,5 м.

Платформа модели 23-469-07 (рис. 4), выпускаемая ОАО «Завод металлоконструкций », предназначена для перевозки крупнотоннажных контейнеров и имеет грузоподъемность 69 т, массу тары 25 т.

Рис. 4. Платформа модели 23-469-07 для перевозки крупнотоннажных контейнеров, выпускаемая компанией

ОАО ЗМК

Рама платформы представляет собой сварную металлоконструкцию, основными несущими элементами которой являются боковые и хребтовая балки. Боковые балки имеют двутавровое сечение, переменное по высоте -от 700 мм на межшкворневом участке до 300 мм в концевых частях. Хребтовая балка состоит из двух балок двутаврового сечения, которые также изменяют свою высоту по всей длине - от 350 мм в концевых частях до 700 мм на межшкворневом участке. Длина вагона по осям сцепления автосцепок составляет 25,22 м, база 19 м.

Сечения балок с указанием основных размеров в средней части рамы приведены в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1. Сечения балок в средней части

2 Прочностные характеристики длиннобазных платформ

2.1 Прогиб рамы

Перед выпуском в серийное производство вагонов-платформ были произведены испытания на сопротивление усталости с нагрузкой для вагонов модели 13-9751 и 23-469-07, равной 69 т, для вагона модели 13-1796 -70 т, для вагона модели 13-4108 с нагрузкой 62 т.

При проведении стендовых испытаний по оценке сопротивления усталостной прочности длиннобазных вагонов-платформ прогиб (рис. 5) рамы составил:

для платформы модели 13-9751 - 35 мм; для платформы модели 13-4108 - 37 мм; для платформы модели 13-1796 - 20 мм; для платформы модели 23-469-07 - 35 мм.

Рис. 5. Прогиб рамы

Длиннобазные платформы характеризуются также отношением прогиб-база, рассчитанным по формуле (табл. 2):

- L • ">

где fz - вертикальный прогиб в центральном сечении;

L - база вагона.

ТАБЛИЦА 2. Соотношение прогиб-база

Завод-изготовитель Модель платформы Коэффициент прогиб-база

ОАО «Трансмаш» 13-9751 1/551

ОАО МЗТМ 13-1796 1/925

ОАО «Днепровагонмаш» 13-4108 1/540

ОАО «Завод металлоконструкций» 23-469-07 1/543

2.2 Прочностные характеристики

Одним из основных показателей усталостной прочности являются моменты инерции [2] сечений рам длиннобазных платформ. Момент инерции сечений определяется по формуле:

J =| у2 dF,

F

где у - расстояние от центра тяжести сечения до нейтральной оси;

F - площадь сечения.

В соответствии с данными, полученными в ходе расчетов, наибольшим моментом инерции в среднем сечении обладает платформа модели 13-1796, построенная заводом ОАО МЗТМ. Он составляет 829 101 см4. По

условиям прочности нормальные напряжения s, возникающие в сечении при изгибе [2], будут наименьшими в этом сечении:

s =

M,

W.

где Му - изгибающий момент;

Wx - момент сопротивления инерции относительно нейтральной оси,

Wx =

J

Ут

где ymax - расстояние от нейтральной оси до наиболее удаленных волокон в сечении.

900000п 8 2910 1

800000 л

700000 3944 9

600000 5 8555 3

500000 / 1 4 5409 8

400000 ST

300000 /

200000 /

100000 / 1

0 1 —' 1 —'

13-9751 13-1796 13-4108 23-469-07

Рис. 6. Моменты инерции поперечных сечений рам длиннобазных платформ

Наименьшим моментом инерции обладает сечение рамы платформы модели 23-469, изготавливаемой ОАО «Завод металлоконструкций».

3 Недостаточная прочность конструкций

В ходе эксплуатации и в результате испытаний длиннобазных платформ был выявлен целый ряд существенных недостатков в их конструкции, связанных с недостаточной прочностью рамы. Анализ случаев разрушения сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках, свидетельствует о том, что чаще всего их разрушение начинается с дефектов, возникающих в сварном соединении или металле. В ходе испытаний длиннобазных платформ было выявлено, что разрушения происходили в основном в зоне сварных швов, являющихся концентраторами напряжений. Это связано с тем, что при проектировании вагонов не были учтены особенности сварных соединений балок и напряжения, возникающие при сварке, а также из-за нарушения технологии изготовления сварных швов и контроля их качества.

Основные разрушения происходили из-за размещения сварных швов в зонах с высокой концентрацией напряжений и неоптимальной формы сопряжения несущих элементов.

Для стыковки балок, работающих при переменных нагрузках, наиболее целесообразно соединение прямым стыковым швом по стенке и косым стыковым швом по полкам, выполненного при сварке боковой балки рамы платформы модели 13-4108 (ОАО «Днепровагонмаш»). При этом предел выносливости стыка может составлять до 70% [3] от прочности прокатной балки.

Соединение прямым стыковым швом по полкам и по стенке несколько уступает предыдущему: его прочность составляет около 60% от прочности прокатной балки. Для уменьшения концентрации напряжений целесообразно смещать стыковые швы на полках от стыкового шва стенки на длину не менее 500 мм. Такой тип стыка был использован при сварке боковых и хребтовой балок вагонов модели 23-469-07 (ОАО ЗМК) и 13-9751 (ОАО «Трансмаш»), хребтовой балки платформы модели 13-4108 (ОАО «Днепровагонмаш»). Стыковка боковых балок рамы платформы модели 1317-96 (ОАО МЗТМ) производилась прямым швом по стенке и смещёнными косыми швами по полкам.

Заключение

При проектировании длиннобазных платформ особое внимание следует уделять зонам расположения сварных швов и качеству их исполнения.

Необходимы разработка методов оценки напряжений в зонах сварных швов и усовершенствование конструкций за счет увеличения жесткости продольных элементов рамы.

Библиографический список

1. Опыт создания современных длиннобазных платформ / А. А. Битюцкий, К. В. Кякк // Вагоны и вагонное хозяйство. - 2006. -№ 2 (6). - С. 29-31.

2. Сопротивление материалов. Основы теории. Примеры. Задачи : учеб. пособие / С. В. Елизаров, Ю. П. Каптелин, Я. К. Кульгавий, Н. М. Савкин. - СПб.: ПГУПС, 2006. - 400 с. - ISBN 5-7641-0148-4.

3. Расчет и конструирование вагонов. Ч. 2 / М. А. Короткевич. - М.: Машгиз, 1940. - 372 с.

УДК 629.423.053

И. П. Викулов

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛЯТОРОВ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ОПЫТНОГО ЭЛЕКТРОПОЕЗДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рассмотрены структурные схемы контуров автоматического регулирования тока якорей и тока рекуперации тягового электропривода постоянного тока с четырехзонным выпрямительно-инверторным преобразователем и микропроцессорной системой управления тяговыми и тормозными режимами опытного электропоезда ЭД9Э. Приведены расчетные формулы и результаты расчета динамических параметров силовой цепи, параметров настройки регуляторов режима тяги и рекуперативного торможения.

Разработана компьютерная модель силовой цепи и замкнутой системы автоматического управления с дискретной обработкой сигналов обратных связей и регуляторов тока тягового двигателя электропоезда.

зонно-фазовое регулирование напряжения, микропроцессорная система автоматического управления, передаточная функция, логарифмическая амплитудно-частотная характеристика, структурная схема.

Введение

Перспективным направлением дальнейшего развития железнодорожного транспорта является создание электрического подвижного состава (ЭПС) переменного тока с асинхронными тяговыми электродвигателями. Однако на современном этапе продолжается разработка, производство и эксплуатация ЭПС переменного тока с бесконтактным зонно-фазовым регулированием напряжения и тяговыми электродвигателями пульсирующего тока.

Из существующего отечественного опыта по разработке ЭПС переменного тока с микропроцессорными системами управления (МПСУ) сле-