Математическая модель процесса взаимодействия мерзлого грунта с разноуровневой поверхностью наконечника зуба рыхлителя

изводственной деятельности: Сборник научных трудов №3. (Омск, 17=19 нояб.2010 г.). - Омск, 2010. - С. 257-261.

4. Постановление Правительства РФ от 30.01.2002 N 74 (ред. от 20.06.2011) "Об утверждении единого реестра ученых степеней и ученых званий и Положения о порядке присуждения ученых степеней".

5. Рекомендации по составлению трансфин-плана автотранспортного предприятия. М., НИИАТ, 1988. - 202 с

6. Николин, В. И. Грузовые автомобильные перевозки: монография / _В. И. Николин, Е. Е. Витвиц-кий, С. М. Мочалин. - Омск: Изд-во «Вариант-Сибирь», 2004 г. - 482 с.

7. Единые нормы времени на перевозку грузов автомобильным транспортом и сдельные расценки для оплаты труда водителей [Текст] / Центральное бюро нормативов по труду Гос. комитета СССР по труду и социальным вопросам. - Введ. с 13.03.87 по 1993. - М.: Экономика, 1990. - 48 с.

METHOD OF JUSTIFICATION FREIGHT TECHNOLOGIES ON RADIAL ROUTES INTO THE CITY

D. Y. Kabanets, E. E. Vitvitsky

The calculation results suggest that the results of the use of technology freight are significantly different, especially in cost. To solve this problem the technique to justify the use of technology in urban freight.

Keywords: way of transportation of goods, technology freight, trucking freight system (ATSPG) po-mashinnye, small, mixed shipment.

Bibliographic list

1. Vitvitsky E. E., Kabanets D. Y. Effect of changes of parameters on the efficiency of application application of the method of freight cars // Vestnik SibADI . - 2013 . - № 2 ( 30). - P. 7 - 12.

2. Study the problems of ensuring the effectiveness and quality of road transport. A study of contemporary state of the practice and theory of building materials transport technologies pomashinnymi shipments in cities. Research report (interim ) / SibADI ;

Supervisor EE Vitvitsky , Br. used filler DY Kabanets . - UDC 656.13.072/.073, № GR 01200 950 434 , Inv. Number 02201058004 Omsk, 2010 . - 28 p.

3. Study of the use of technology haulage of goods vehicles in construction / Kabanets D. Y. // Technology , organization and manage-ment road transport : Creative approaches to educational, scientific and production activities : Collection of scientific papers number 3 . (Omsk, 17 = 19 , the noyab.2010 ) . - Omsk, 2010 . - P. 257-261 .

4. Government Decree of 30.01.2002 N 74 (as amended on 20.06.2011 ) "On the approval of a unified register of academic degrees and titles of the scientists and the Regulation on the awarding of academic degrees ."

5. Recommendations for the compilation TransFin plan motor company . M., JARI, 1988. - 202

6. St. Nicholas V. I., Vitvitsky E. E., Mochalin S. M. Freight transport: Monograph / V. I. Nikolin Vitvitsky E. E., S. M. Mochalin. - Omsk Univ «Option -Siberia ", 2004 - 482 p.

7. Uniform standard time for the carriage of goods by road and piece-rate wages for drivers [Text] / Central Bureau of State regulations on labor . USSR Committee for Labour and Social Affairs . - Enter . from 03/13/87 to 1993 . - Moscow: Economics , 1990 . - 48 p.

Кабанец Дмитрий Юрьевич - ст. преподаватель кафедры Организация перевозок и управление на транспорте Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основные направления научной деятельности: Обоснование эффективности применения способов перевозок грузов. Общее количество опубликованных работ: 8. e-mail: sfinga@inbox.ru

Витвицкий Евгений Евгеньевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой Организация перевозок и управление на транспорте Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основные направления научной деятельности: теория автотранспортных систем перевозки грузов. Общее количество опубликованных работ: 169. e-mail: kaf_oput@sibadi.org

УДК 624.132.3

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕРЗЛОГО ГРУНТА С РАЗНОУРОВНЕВОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ НАКОНЕЧНИКА ЗУБА РЫХЛИТЕЛЯ

В. Н. Кузнецова

Аннотация. Приведены основные аспекты процесса разработки мерзлого грунта нетрадиционным наконечником с разноуровневой лобовой поверхностью. Доказывается необходимость, эффективность и перспективность применения усовершенствованных формы и параметров рабочего органа рыхлителя.

Ключевые слова: рыхлитель, мерзлый грунт, рабочий орган, оптимизация, эффективность.

Введение

Воздействие наконечника зуба рыхлителя на массив мерзлого грунта при его разработке создает в грунте напряженное состояние, под действием которого происходит разрушение массива. Чем больше величина силы и скорости приложения, тем интенсивнее происходит разрушение грунта. Однако, увеличивается и величина реакции силы на лобовой поверхности наконечника. Как следствие, повышается износ наконечника, изменяются его геометрические параметры, ухудшаются технико-экономические показатели работы рыхлителя в целом.

Таким образом, для увеличения ресурса наконечника зуба рыхлителя возникает необходимость в создании конструкции наконечника, позволяющей создать в массиве мерзлого грунта максимальное напряженное состояние при минимальной величине силы воздействия наконечника. Данная величина должна быть достаточной для разрушения массива и определяется пределами прочности грунта на сжатие, разрыв и срез.

Рассмотрим процесс взаимодействия резца с разрабатываемым грунтом.

Основная часть

Резцы, расположенные на лобовой поверхности наконечника зуба рыхлителя, внедряются в массив мерзлого грунта. При воздействии резца на мерзлый грунт в последнем возникают разнонаправленные трещины, которые и приводят к его разрушению. Это явление возникает вследствие хрупкого разрушения грунта, расклинивания и сдвига массива гранью резца.

Составим расчетную схему взаимодействия резца с разрабатываемым грунтом (рис. 1.).

Рис. 1. Расчетная схема взаимодействия разноуровневой поверхности наконечника с мерзлым грунтом 1 - резец; 2 - тело наконечника

Горизонтальную и вертикальную составляющие силы разрушения грунта, приходящиеся на резец, можно определить из выражений:

При работе цилиндрического резца возникают повышенные контактные нагрузки на передней его грани Эпюры контактных давлений показаны на рис. 2.

кбнтактныо напряжения

6)

Рис. 2. Эпюры контактных давлений а) при цилиндрической форме штампа; б) при плоской форме штампа

Для определения картины распределения напряжений по разноуровневой поверхности наконечника разбиваем ее на элементарные зоны.

1з 12 I,

-У

_1—

Р, = Р

об

Рв = Роб С0$а

Рис. 3. Схема расстановки износостойких резцов по элементарным зонам лобовой поверхности наконечника

Разберем случай, когда N цилиндрических штампов заделаны в жесткую плиту, а основания лежат в одной плоскости (рис. 3.). Под действием нормальной силы Вс, приложенной к этой системе, все штампы внедряются на одинаковую глубину Н. По причине осевой симметрии всей системы штампы, расположенные в j - м слое модели, будут

нагружены равными усилиямиDсj.

Рассмотрим внедрение произвольного штампа в j - м слое модели, заменив при этом действие всех остальных штампов на полупространство сосредоточенными силами. Тогда внедрение этого штампа определится соотношением:

„ Р(1 -и2) Рг(1 -и2) . Ь ^

Н = —-- + -- агс8т— ,

2гЕ пгЕ I

N

где Рв р{" - главный вектор сил р

где а - коэффициент, определяемый из начальных условий.

т=1

действующих на расстоянии / от штампа.

н =

Ру (1 -и2) 1 -и2-

2 гЕ

п г Е

I arcsin Ь Ы1пРп ,

Т=1 ¿1 п=1

где у - порядковый номер слоя модели (/' = 1, 2,..., Л); I - порядковый номер слоя штампов относительно штампа, расположенного ву - м слое (/' = 1, 2,., ку); N - число штампов, одновременно находящихся ву - м и Т - м слоях; /¿У - радиус Т - го слоя штампов.

Расписывая для каждого слоя модели соотношение в форме (4), получим систему линейных уравнений относительно неизвестных

Р/ , дополняя ее условием равновесия системы штампов

=1 р^/.

/=1

где N - число штампов в у - м слое модели, можно установить связь между действующей нагрузкой Ре и глубиной внедрения

Н системы штампов.

Введем новую безразмерную переменную

Рис. 4. Вид функции Q

q / = Ре, (1 -и 2)/(2ЬЕЕ ).

С учетом (4) соотношения (5) и (6) примут вид

2

V/+ -

71

_у

I

агс81п -

а / 5

тТ/

к Закономерность ра

= 1; (7) по длине наконечника:

Рис. 5. Вид функции Р (б) Закономерность распределения давлений

¿=1 '"¿У п=1

р/ = Уо ян.

Здесь

введены

ту = /у /5; /о = 2гЕ/

обозначения жесткость контакта

Р(б)=

1 + а 2 • а3 • (1 + б) •

-аз-

.

для изолированного цилиндрического штампа.

Я = ¿N;qr О)

У=1

Зная распределение напряжений по поверхности плоского наконечника (рис. 4., 5.) [1,2], определим напряжения, приходящиеся на элементарные зоны, исходя из расчетной схемы взаимодействия разноуровневой поверхности наконечника с мерзлым грунтом.

Закономерность распределения давлений по ширине наконечника:

Нормальная составляющая силы сопротивления грунта разработке [1, 2]:

N = Ц Ро Р Ш (у) Н S,

Q (у) = -

1 + ау2

где р0 - давление грунта в верхней средней точке наконечника рыхлителя; Р(б), Q(у) -функции, описывающие закономерности распределения сил по поверхности наконечника рыхлителя.

По данной расчетной схеме и с учетом зависимостей (10) - (12) в программном продукте МАТЬАВ разработана программа для определения напряжений на поверхности разноуровневого наконечника зуба рыхлителя [3].

(1 +

а + 2

• у2)2

Рис. 6 а. Распределение напряжений по разноуровневой поверхности наконечника

Выводы

Анализ полученных эпюр распределения напряжений плоского и разноуровневого наконечников (рис. 6 а, б) показывают, что качественно картины схожи. Однако из сравнительного графика распределения напряжений по длине наконечника (рис. 6.6) видно, что после прохождения режущей кромки и первых двух рядов резцов величина напряжения резко падает. Это объясняется тем, что максимальная нагрузка приходится на первые два от режущей кромки ряда резцов. Далее мерзлый грунт в уже дополнительно разрыхленном состоянии продвигается вверх по лобовой поверхности наконечника. Из графика (рис. 6.6) видно, что при движении по последующим рядам резцов напряжение в грунте резко уменьшается по сравнению с плоским наконечником.

Установлено, что для наконечника с разноуровневой поверхностью в отличие от рабочего органа с плоской лобовой поверхностью нормальная составляющая величины напряжения, отвечающая за внедрение абразивных частиц грунта в материал наконечника, на 5 - 7 % меньше, а горизонтальная, отвечающая за перемещение грунта по телу наконечника, - на 7 - 10 % больше.

Библиографический список

1. Кузнецова, В. Н. Развитие научных основ взаимодействия контактной поверхности рабочих органов землеройных машин с мерзлым грунтом: дис. д - р техн. наук . - Омск, 2009 . - 258 с.

2. Завьялов А. М. Основы теории взаимодействия рабочих органов дорожно-строительных машин со средой: дис... д-ра техн. наук. - Омск, 1999. - 328 с.

3. Кузнецова, В. Н., Завьялов, А. М. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2009610704 Расчетный модуль «Оптимизация параметров рабочих органов землеройных машин для разработки мерзлых и прочных

Рис. 6 б. Сравнительный график распределения напряжений по длине наконечников: 1- плоского, 2- разноуровневого

грунтов» (зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 29 января 2009 г.).

4. Завьялов, А. М. Математическое моделирование рабочих процессов дорожных и строительных машин: имитационные и адаптивные модели: монография / А. М. Завьялов, В. Н. Кузнецова, М. А. Завьялов, В. А. Мещеряков. - Омск: Си-6АДИ - 2012. - 408 с.

MATHEMATICAL MODEL OF THE PROCESS OF

INTERACTION OF THE FROZEN SOIL WITH MULTILEVEL THE FERRULE RIPPER TOOTH

V. N. Kuznetsova

The main aspects of the development process of the frozen soil unconventional tip with multi-level frontal surface. The necessity, efficiency and availability of the application of improved shape and parameters of the working body of the ripper.

Keywords: ripper, frozen soil, working body, optimization, efficiency.

Bibliographic list

1. Kuznetsov V. N. Dissertation degree of Doctor of Technical Sciences "Development of scientific basis for interaction of the contact surface of the work of earthmoving equipment with frozen ground " Omsk . 2009 - 258 p.

2. Zav'yalov A. M. Fundamentals of the theory of the interaction of working bodies of road-building machines with medium: Dis ... Dr. tehn. Sciences . -Omsk , 1999, 328 p.

3. Kuznetsov V. N. , Zav'yalov A. M. Testimony of the state registration of computer programs number 2009610704 Settlement module " optimization of the parameters of the working bodies of earthmoving machines for frozen and durable Grun -ing " (registered in the Registry of the computer programs 29 January 2009 ) .

4. Zav'yalov A. M., Kuznetsov V. N., Zav'yalov M. A. Meshcheryakov V. A. Mathematical modeling of workflows and road construc-tion machines: modeling and adaptive mo - Delhi : Monograph - Omsk SibADI -2012 . - 408 .

Кузнецова Виктория Николаевна - доктор ция рабочих органов землеройных и землеройно-

технических наук, доцент, профессор кафедры транспортных машин. Общее количество опуб-«ЭСМиК» Сибирской государственной автомо- ликованных работ: более 90. E-mail: бильно-дорожной академии (СибАДИ). Основные dissovetsibadi@bk.ru направления научной деятельности: Оптимиза-

УДК 629.46

ДИНАМИКА ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ТОРМОЖЕНИЯ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ

Ю. И. Матяш, Ю.М. Сосновский, А. В. Колтышкин, Д. В. Колосов

Аннотация. В данной статье рассмотрены физические основы динамики тепловых процессов при различных режимах торможения грузовых вагонов, выведена закономерность рассеяния тепловой энергии, выделяемой при теплопроводности, конвекции и тепловом излучении, обозначены направления решения проблемы перегрева системы колесо-тормозная колодка.

Ключевые слова: колесо, композиционная тормозная колодка, грузовой вагон, тепловые процессы.

Введение

Железнодорожный транспорт России выполняет более 85 % грузооборота в системе транспорта общего пользования. Российские железные дороги являются второй по величине транспортной системой мира, уступая по общей длине эксплуатационных путей лишь США. По протяжённости электрифицированных магистралей российские железные дороги занимают первое место в мире. На основании распоряжения правительства РФ №877-з от 17 июня 2008 г. ОАО РЖД [1] была утверждена «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 г.», в которой особое внимание направлено на «повышение безопасности железнодорожных перевозок».

Повышение уровня безопасности напрямую связано с системой торможения, применяемой в том или ином железнодорожном экипаже. Очевидно, что при увеличении скорости движения поездов, их длины и веса, проблемы, связанные с обеспечением безопасности движения грузовых поездов, значительно усложняются. Это связано, прежде всего, с тем, что количество энергии, которую необходимо рассеивать при торможении, значительно возрастает. Более того, сильный нагрев обода колеса приводит к большим экономическим расходам.

Так, например, по данным отделения автотормозного хозяйства ВНИИЖТ, в режиме остановочного торможения грузового вагона массой брутто 60 т с начальной скоростью 60 км/ч, температура нагрева колес составляет на поверхности катания и на глубине 40 мм от нее соответственно 637 и 570°С [2]. При

таком нагреве изменяются механические свойства материала обода колёс. Предел прочности стали с содержанием углерода 0,42-0,50 % при нагреве до температуры 550°С падает и составляет не более 50% его значения при температуре 20°С. Чередование тормозных нажатий на колодку и отпусков тормозов в условиях эксплуатации вызывает циклические тепловые нагрузки, которые создают знакопеременные деформации, в результате чего на поверхности катания возникают термоусталостные разрушения материала в виде трещин с последующим выкрашиванием.

Для решения данной проблемы необходимо проанализировать механизмы рассеяния тепловой энергии в системе колесо -тормозная колодка, основанные на явлениях теплопроводности, конвективного рассеяния и теплового излучения.

В качестве тормозной колодки в статье рассматривается композиционная тормозная колодка из асбестового материала ТИИР-300 с сетчато-проволочными или металлическими каркасами.

Состав композиции ТИИР-300 по массе, составляет: асбест 15 %, каучук 20 %, барит 47,5 %, сажа 15 %, сера 2,5 %. Композиционный материал ТИИР-303 имеет в своём составе бутадиеновый стереорегулярный каучук СКД, вулканизатор, графит, микропорошок электрокорунда и асбест, т. е. в отличие от ТИИР-300 для повышения теплопроводности барит заменён графитом и электрокорундом. Коэффициент теплопроводности не превышает 3,3 Вт/(мтрад).