Совершенствование конструкции кабины машиниста для повышения пассивной безопасности локомотива при столкновениях
Loading...
Date
2015
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Издательство “ПФ Стандарт-Сервис”, г. Днепропетровск
Abstract
RU: Диссертация посвящена вопросам повышения пассивной безопасности локомотива при аварийных столкновениях путем создания кабины машиниста с жертвенной зоной, зоной безопасности и устройствами поглощения энергии. В диссертации на основе результатов анализа нормативной базы и существующих технических решений по пассивной защите локомотивов при аварийных столкновениях обоснована необходимость и актуальность разработки принципиально новой конструкции кабины машиниста пассажирского локомотива с системой пассивной безопасности (СПБ), предназначенного для скоростного движения по железным дорогам с шириной колеи 1520 мм. Показана необходимость разработки основных требований к пассивной безопасности локомотива при столкновениях, научно-методического обеспечения и конечно-элементных моделей для исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) элементов конструкции кабины машиниста локомотива с СПБ при статических нагрузках и при сверхнормативных ударах, возникающих в процессе аварийных столкновений локомотива с препятствием. Разработано научно-методическое обеспечение для исследования НДС элементов конструкций каркаса кабины при сверхнормативных ударах с учетом геометрической и физической нелинейностей, зависимости предела текучести стали от скорости деформации, переменного контактного взаимодействия между элементами рассматриваемой механической системы соударяющихся тел. Приемлемость использования разработанного научно-методического обеспечения подтверждена удовлетворительным согласованием результатов расчетов пластического деформирования жертвенных элементов в виде перфорированных трубчатых конструкций при продольных ударах с малой скоростью и данных испытаний экспериментальных образцов этих конструкций при сжатии. Разработаны основные требования по пассивной безопасности локомотива для железных дорог колеи 1520 мм, разработана конструктивно-компоновочная схема кабины машиниста локомотива, в состав СПБ которого входят два устройства поглощения энергии (УПЭ) в концевой части рамы кузова, жесткая антипроникающая лобовая стенка, жертвенная зона и зона безопасности. Разработана и запатентована конструкция УПЭ коробчатого типа, содержащего сотовые пакеты. Выполнен крэш тест экспериментального образца УПЭ при ударе и получено хорошее согласование экспериментальных и расчетных данных. Разработаны конечно-элементные модели для исследования нелинейного деформирования элементов конструкции каркаса кабины при сверхнормативных ударах. Разработаны конечно-элементные модели для анализа статического деформирования элементов конструкций каркаса кабины машиниста локомотива с СПБ при нормативной продольной нагрузке на элементы лобовой стенки. С использованием разработанного научно-методического обеспечения и конечно-элементных моделей проведен комплекс исследований и определены параметры базовой конструкции каркаса кабины. Проведено исследование НДС элементов базовой и доработанной конструкций каркаса кабины машиниста с учетом и без учета УПЭ при сверхнормативных ударах согласно тестовым сценариям столкновения локомотива с препятствием на железнодорожном переезде и с грузовым вагоном. Показано соответствие разработанных каркасов кабин требованиям по пассивной безопасности локомотива. Соответствие доработанной конструкции нормативным требованиям по прочности подтверждено путем оценки НДС ее элементов при продольной нагрузке 290 кН на лобовую стенку. В результате выполненных исследований разработана, изготовлена и внедрена в производство на ОАО “Производственное объединение Новочеркасский электровозостроительный завод” (ОАО “ПО НЭВЗ”) конструкция модульной кабины машиниста электровоза ЭП20 с СПБ. Первые опытные образцы разработанной кабины машиниста и УПЭ представлены на выставке ИнноТранс-2012 в Берлине. Результаты крэш теста УПЭ представлены на выставке ИнноТранс-2014 в Берлине. Первый электровоз ЭП20 с СПБ запущен в эксплуатацию в 2012 году. В настоящее время в эксплуатации находятся 42 электровоза серии ЭП20 с СПБ.
UK: Дисертацію присвячено питанням підвищення пасивної безпеки локомотива нового покоління при аварійних зіткненнях шляхом створення кабіни машиніста з жертовною зоною та пристроями поглинання енергії. Розроблено основні вимоги до пасивного захисту пасажирського локомотива нового покоління, конструктивно-компонувальну схему кабіни машиніста локомотива з системою пасивної безпеки (СПБ ), до складу якої входять два пристрою поглинання енергії (ППЕ) в кінцевій частині рами кузова, жорстка лобова стінка, жертовна зона і зона безпеки. Розроблено і запатентовано конструкцію ППЕ, виконано креш тест його експериментального зразка. Розроблено науково-методичне забезпечення та скінченно-елементні моделі для дослідження напружено-деформованого стану елементів конструкцій каркаса кабіни при статичному нормативному навантаженні на елементи лобової стінки, а також при наднормативних ударах з урахуванням геометричної та фізичної нелінійностей, залежності межи плинності сталі від швидкості деформації, змінної контактної взаємодії між елементами механічної системи тіл, що співударяються. На основі результатів виконаних досліджень розроблено, виготовлено та впроваджено у виробництво на ВАТ “Виробниче об’єднання Новочеркаський електровозобудівний завод” (ВАТ “ВО НЕБЗ”) модульну кабіну машиніста електровоза ЕП20 з елементами СПБ. Перші дослідні зразки розробленої кабіни машиніста та ППЕ представлено на виставці ІнноТранс 2012 в Берліні, а результати креш тесту ППЕ – на виставці Інно-Транс 2014 в Берліні. У 2012 р. електровоз ЕП20 з СПБ введено в експлуатацію. На теперішній час в експлуатації перебувають 42 електровоза серії ЕП20 з СПБ.
EN: Thesis is devoted to questions improving passive safety for a new generation locomotive in accidental collisions by developing driver’s cab with a sacrificial zone and energy absorption devices. The main passive protection requirements for new generation passenger locomotive, a design-layout scheme of driver’s cab for locomotive with passive safety system (PSS) were developed. PSS consists of two energy absorption devices (EAD) in the locomotive frame body end, rigid not-penetration frontal wall, sacrificial and security zones. EAD design was developed and patented. Its experimental sample crash test was successful. The technique and finite-element models to simulate stress-strain state of the cab frame design elements were developed at static longitudinal load on frontal wall elements and at super standard impact taking into account geometric and physical nonlinearities, nonlinear dynamic contact interaction of the locomotive front elements with the impactor, dynamic hardening of the steel depending on the impact speed. As a result of the research modular driver’s cab for electric locomotive EP20 with PSS is designed, manufactured and put into production at “Production Association Novocherkassk Electric Locomotive Plant”. The first prototype of modular driver’s cab and EAD for electric locomotive EP20 introduced at InnoTrans 2012 in Berlin. EAD crash test results introduced at InnoTrans 2014 in Berlin. The first locomotive EP20 with PSS launched in 2012. Currently 42 electric locomotives EP20 with PSS elements are in operation.
UK: Дисертацію присвячено питанням підвищення пасивної безпеки локомотива нового покоління при аварійних зіткненнях шляхом створення кабіни машиніста з жертовною зоною та пристроями поглинання енергії. Розроблено основні вимоги до пасивного захисту пасажирського локомотива нового покоління, конструктивно-компонувальну схему кабіни машиніста локомотива з системою пасивної безпеки (СПБ ), до складу якої входять два пристрою поглинання енергії (ППЕ) в кінцевій частині рами кузова, жорстка лобова стінка, жертовна зона і зона безпеки. Розроблено і запатентовано конструкцію ППЕ, виконано креш тест його експериментального зразка. Розроблено науково-методичне забезпечення та скінченно-елементні моделі для дослідження напружено-деформованого стану елементів конструкцій каркаса кабіни при статичному нормативному навантаженні на елементи лобової стінки, а також при наднормативних ударах з урахуванням геометричної та фізичної нелінійностей, залежності межи плинності сталі від швидкості деформації, змінної контактної взаємодії між елементами механічної системи тіл, що співударяються. На основі результатів виконаних досліджень розроблено, виготовлено та впроваджено у виробництво на ВАТ “Виробниче об’єднання Новочеркаський електровозобудівний завод” (ВАТ “ВО НЕБЗ”) модульну кабіну машиніста електровоза ЕП20 з елементами СПБ. Перші дослідні зразки розробленої кабіни машиніста та ППЕ представлено на виставці ІнноТранс 2012 в Берліні, а результати креш тесту ППЕ – на виставці Інно-Транс 2014 в Берліні. У 2012 р. електровоз ЕП20 з СПБ введено в експлуатацію. На теперішній час в експлуатації перебувають 42 електровоза серії ЕП20 з СПБ.
EN: Thesis is devoted to questions improving passive safety for a new generation locomotive in accidental collisions by developing driver’s cab with a sacrificial zone and energy absorption devices. The main passive protection requirements for new generation passenger locomotive, a design-layout scheme of driver’s cab for locomotive with passive safety system (PSS) were developed. PSS consists of two energy absorption devices (EAD) in the locomotive frame body end, rigid not-penetration frontal wall, sacrificial and security zones. EAD design was developed and patented. Its experimental sample crash test was successful. The technique and finite-element models to simulate stress-strain state of the cab frame design elements were developed at static longitudinal load on frontal wall elements and at super standard impact taking into account geometric and physical nonlinearities, nonlinear dynamic contact interaction of the locomotive front elements with the impactor, dynamic hardening of the steel depending on the impact speed. As a result of the research modular driver’s cab for electric locomotive EP20 with PSS is designed, manufactured and put into production at “Production Association Novocherkassk Electric Locomotive Plant”. The first prototype of modular driver’s cab and EAD for electric locomotive EP20 introduced at InnoTrans 2012 in Berlin. EAD crash test results introduced at InnoTrans 2014 in Berlin. The first locomotive EP20 with PSS launched in 2012. Currently 42 electric locomotives EP20 with PSS elements are in operation.
Description
Защита – 12 февраля 2015 г., Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна
Keywords
модульная кабина машиниста, аварийное столкновение, система пассивной безопасности, устройство поглощения энергии, пластическая деформация, метод конечных элементов, локомотив, модульна кабіна машиніста, аварійне зіткнення, система пасивної безпеки, пристрій поглинання енергії, пластична деформація, метод скінченних елементів, locomotive, modular driver’s cab, accidental collision, passive safety system, energy absorbing device, plastic deformation, finite element method, ІТМ
Citation
Теличко И. Б. Совершенствование конструкции кабины машиниста для повышения пассивной безопасности локомотива при столкновениях : автореф. дис. канд. техн. наук : 05.22.07. Днепропетровск, 2015. 21 с.