Investigation of Coupling Strength at Non-Central Interaction of Railcars
Loading...
Date
2022
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Springer, US
Abstract
ENG: The strength of the coupling device under the action of operating loads with regard to the non-central interaction of two cars is defined. When longitudinal force is transmitted through the coupler, the points of its possible rotation can be either the upper ribs of the shank end surface or the upper ribs of the damping device body support surface. The tail part of the coupler is under conditions of eccentric compression (or tension) by the force, which is non-parallel to the longitudinal axis. Through any cross-section of the shank, transverse and longitudinal forces are transmitted, applied at a point far from the center of gravity of the section. Using the principle of addition of forces action, a dependence for the definition of the maximum normal stresses in the extreme fibers of the analyzed section of the shank of the coupler, the most distant from the main axis of inertia, has been obtained. The damage to the area of the coupler shank jumper and the bending of the shank in the horizontal and vertical planes, which occur during operation, are justified. Calculation methods make it possible to study the influence of eccentricities of longitudinal force application relative to the coupler axis and the difference of coupler axis levels in the analyzed sections on the magnitude of the compressive operating loads. Application of the obtained results will not only help to ensure the strength of the coupling devices, but will also ensure the freight cars’ durability under conditions of increasing train weight and increasing train speed.
UKR: Робота спрямована на визначення міцності автозчепного пристрою при дії на нього експлуатаційних навантажень з урахуванням нецентральної взаємодії двох вагонів. При передачі поздовжнього зусилля через автозчеплення, точками його можливого повороту можуть бути або верхні ребра торцевої поверхні хвостовика автозчеплення, або верхнє ребро опорної поверхні корпусу поглинаючого апарата. Хвостова частина автозчеплення знаходиться в умовах позацентрового стиснення (або розтягування) зусиллям, що є не паралельним відносно поздовжньої осі. Через довільний поперечний переріз хвостовика передаються поперечна та поздовжня сила, прикладені в точці, віддаленій від центру ваги перерізу. Використовуючи принцип складання дії сил, отримано залежність для визначення максимальних нормальних напружень в крайніх волокнах аналізованого перетину хвостовика автозчеплення, найбільш віддалених від головної осі інерції. Під час проведення дослідження отримано наступні результати: проведено оцінку впливу ексцентриситетів прикладання поздовжньої сили відносно осі автозчеплення та різниці рівнів осей зчеплених автозчепних пристроїв; обґрунтовано пошкодження зони перемички хвостовика автозчеплення та вигин хвостовика в горизонтальній та вертикальній площині, який виникає у процесі експлуатації; досліджено вплив ексцентриситетів на величину стискних експлуатаційних навантажень. Методика розрахунку дозволяє дослідити вплив ексцентриситетів прикладання поздовжньої сили відносно осі автозчеплення та різниці рівнів осей зчеплених автозчепних пристроїв в аналізованих перетинах. Застосування отриманих результатів, сприятиме не тільки забезпеченню міцності автозчепних пристроїв, а забезпечить підвищення стійкості вантажних вагонів в умовах збільшення ваги поїздів та підвищення швидкостей руху.
RUS: Работа направлена на определение прочности автосцепного устройства при воздействии на него эксплуатационных нагрузок с учетом нецентрального взаимодействия двух вагонов. При передаче продольного усилия через автосцепку, точками его возможного поворота могут быть либо верхние ребра торцевой поверхности хвостовика автосцепки, либо верхнее ребро опорной поверхности корпуса поглощающего аппарата. Хвостовая часть автосцепки находится в условиях внецентренного сжатия (или растяжения) усилием, не параллельным относительно продольной оси. Через произвольное поперечное сечение хвостовика передаются поперечная и продольная сила, приложенные в точке, удаленной от центра тяжести сечения. Используя принцип сложения действия сил, получена зависимость для определения максимальных нормальных напряжений в крайних волокнах анализируемого сечения хвостовика автосцепки, наиболее отдаленных от главной оси инерции. При проведении исследования получены следующие результаты: проведена оценка влияния эксцентриситетов приложения продольной силы относительно оси автосцепки и разности уровней осей сцепленных автосцепных устройств; обосновано повреждение зоны перемычки хвостовика автосцепки и изгиб хвостовика в горизонтальной и вертикальной плоскости, возникающий в процессе эксплуатации; исследовано влияние эксцентриситетов на величину сжатия эксплуатационных нагрузок. Методика расчета позволяет исследовать влияние эксцентриситетов приложения продольной силы относительно оси автосцепки и разности уровней осей сцепленных автосцепных устройств в рассматриваемых сечениях. Применение полученных результатов будет способствовать не только обеспечению прочности автосцепных устройств, но и обеспечит повышение устойчивости грузовых вагонов в условиях увеличения веса поездов и повышения скоростей движения.
UKR: Робота спрямована на визначення міцності автозчепного пристрою при дії на нього експлуатаційних навантажень з урахуванням нецентральної взаємодії двох вагонів. При передачі поздовжнього зусилля через автозчеплення, точками його можливого повороту можуть бути або верхні ребра торцевої поверхні хвостовика автозчеплення, або верхнє ребро опорної поверхні корпусу поглинаючого апарата. Хвостова частина автозчеплення знаходиться в умовах позацентрового стиснення (або розтягування) зусиллям, що є не паралельним відносно поздовжньої осі. Через довільний поперечний переріз хвостовика передаються поперечна та поздовжня сила, прикладені в точці, віддаленій від центру ваги перерізу. Використовуючи принцип складання дії сил, отримано залежність для визначення максимальних нормальних напружень в крайніх волокнах аналізованого перетину хвостовика автозчеплення, найбільш віддалених від головної осі інерції. Під час проведення дослідження отримано наступні результати: проведено оцінку впливу ексцентриситетів прикладання поздовжньої сили відносно осі автозчеплення та різниці рівнів осей зчеплених автозчепних пристроїв; обґрунтовано пошкодження зони перемички хвостовика автозчеплення та вигин хвостовика в горизонтальній та вертикальній площині, який виникає у процесі експлуатації; досліджено вплив ексцентриситетів на величину стискних експлуатаційних навантажень. Методика розрахунку дозволяє дослідити вплив ексцентриситетів прикладання поздовжньої сили відносно осі автозчеплення та різниці рівнів осей зчеплених автозчепних пристроїв в аналізованих перетинах. Застосування отриманих результатів, сприятиме не тільки забезпеченню міцності автозчепних пристроїв, а забезпечить підвищення стійкості вантажних вагонів в умовах збільшення ваги поїздів та підвищення швидкостей руху.
RUS: Работа направлена на определение прочности автосцепного устройства при воздействии на него эксплуатационных нагрузок с учетом нецентрального взаимодействия двух вагонов. При передаче продольного усилия через автосцепку, точками его возможного поворота могут быть либо верхние ребра торцевой поверхности хвостовика автосцепки, либо верхнее ребро опорной поверхности корпуса поглощающего аппарата. Хвостовая часть автосцепки находится в условиях внецентренного сжатия (или растяжения) усилием, не параллельным относительно продольной оси. Через произвольное поперечное сечение хвостовика передаются поперечная и продольная сила, приложенные в точке, удаленной от центра тяжести сечения. Используя принцип сложения действия сил, получена зависимость для определения максимальных нормальных напряжений в крайних волокнах анализируемого сечения хвостовика автосцепки, наиболее отдаленных от главной оси инерции. При проведении исследования получены следующие результаты: проведена оценка влияния эксцентриситетов приложения продольной силы относительно оси автосцепки и разности уровней осей сцепленных автосцепных устройств; обосновано повреждение зоны перемычки хвостовика автосцепки и изгиб хвостовика в горизонтальной и вертикальной плоскости, возникающий в процессе эксплуатации; исследовано влияние эксцентриситетов на величину сжатия эксплуатационных нагрузок. Методика расчета позволяет исследовать влияние эксцентриситетов приложения продольной силы относительно оси автосцепки и разности уровней осей сцепленных автосцепных устройств в рассматриваемых сечениях. Применение полученных результатов будет способствовать не только обеспечению прочности автосцепных устройств, но и обеспечит повышение устойчивости грузовых вагонов в условиях увеличения веса поездов и повышения скоростей движения.
Description
А. Shvets: ORCID 0000-0002-8469-3902
Keywords
automatic coupler, traffic safety, freight wagon, strength, longitudinal forces, автозчеплення, безпека руху, вантажний вагон, міцність, повздовжні сили, автосцепка, безопасность движения, грузовой вагон, прочность, продольные силы, КТБМ
Citation
Shvets’ A. O. Investigation of Coupling Strength at Non-Central Interaction of Railcars. Strength Mater. 2022. Vol. 54, No. 2. P. 233–242. DOI: https://doi.org/10.1007/s11223-022-00396-1.