Динаміка зчепу вагонів-платформ під час перевезення довгомірного вантажу
Loading...
Date
2020
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
UK: Мета. У зв’язку з тенденцією до інтенсифікації перевізного процесу в умовах підвищених осьових навантажень та швидкостей руху поїздів у статті передбачено дослідити динамічну навантаженість зчепу двох вагонів-платформ з довгомірним вантажем, а також визначити динамічні сили взаємодії під впливом квазістатичних поздовжніх сил. Методика. Основою дослідження є метод математичного та комп’ютерного моделювання динамічної навантаженості поздовжньо-згинальних коливань штабеля вантажу довжиною 22 м, розташованого на зчепі з двох вагонів-платформ моделі 13–4012. Кінетична й потенціальна енергії системи складені з урахуванням кінетичної й потенціальної енергії вантажу, які обчислюють за відомими фундаментальними функціями. Для визначення фундаментальних функцій розв’язано задачі про згинальні коливання вантажу як балки на двох пружних опорах. Для визначення фундаментальних функцій за поздовжніх переміщень використано диференціальне рівняння вільних поздовжніх коливань стрижня постійного перетину. Теоретичні дослідження проведені за умови руху зчепу платформ із типовими візками 18–100 зі швидкостями в інтервалі від 60 до 100 км/год по прямій ділянці залізничної колії. Результати. У дослідженні взято до уваги рух зчепу вагонів-платформ по синусоїдальній нерівності довжиною 25 м і різною глибиною у випадку дії поздовжніх стискних або розтягальних сил, а також на вибігу. У ході виконання теоретичних досліджень і після проведення моделювання з урахуванням процесів коливання вагона-платформи й довгомірного вантажу, за наявності квазістатичних поздовжніх сил, отримано залежності основних динамічних показників від величини швидкості руху. Наукова новизна. Для визначення динамічної навантаженості зчепу вагонів-платформ розроблено математичну модель поздовжньо-згинальних коливань у вертикальній площині системи штабель вантажу – зчеп вагонів-платформ. Запропонована математична модель дає можливість теоретично визначити динамічні показники системи та забезпечити розроблення способів транспортування довгомірних вантажів відповідно вимог безпеки руху поїздів. Практична значимість. У результаті проведених теоретичних досліджень вирішено актуальне та практично важливе завдання визначення навантаженості платформ зчепу під час транспортування довгомірного вантажу, що дозволить розробити технічні умови для реалізації ресурсозбережних технологій.
RU: Цель. В связи с тенденцией к интенсификации перевозочного процесса в условиях повышенных осевых нагрузок и скоростей движения поездов в статье предусмотрено исследовать динамическую нагруженность сцепа двух вагонов-платформ с длинномерным грузом, а также определить динамические силы взаимодействия под влиянием квазистатических продольных сил. Методика. Основой исследования является метод математического и компьютерного моделирования динамической нагруженности продольно-изгибных колебаний штабеля груза длиной 22 м, расположенного на сцепе из двух вагонов-платформ модели 13–4012. Кинетическая и потенциальная энергии системы составлены с учетом кинетической и потенциальной энергии груза, которые вычисляют по известным фундаментальным функциям. Для определения фундаментальных функций решалась задача о изгибных колебаниях груза как балки на двух упругих опорах. Для определения фундаментальных функций при продольных перемещениях использовано дифференциальное уравнение свободных продольных колебаний стержня постоянного сечения. Теоретические исследования проведены при движении сцепа платформ с типовыми тележками 18–100 со скоростями в интервале от 60 до 100 км/ч на прямом участке железнодорожного пути. Результаты. В исследовании принято во внимание движение сцепа вагонов-платформ по синусоидальной неровности длиной 25 м и разной глубиной при действии продольных сжимающих или растягивающих сил, а также на выбеге. В ходе выполнения теоретических исследований и после проведения моделирования с учетом процессов колебания вагона-платформы и длинномерного груза, при наличии квазистатических продольных сил, получены зависимости основных динамических показателей от величины скорости движения. Научная новизна. Для определения динамической нагруженности сцепа вагонов-платформ разработана математическая модель продольно-изгибных колебаний в вертикальной плоскости системы штабель груза – сцеп вагонов-платформ. Предложенная математическая модель дает возможность теоретически определить динамические показатели системы и обеспечить разработку способов транспортировки длинномерных грузов в соответствии с требованиями безопасности движения поездов. Практическая значимость. В результате проведенных теоретических исследований решена актуальная и практически важная задача определения нагруженности платформ сцепа при транспортировке длинномерного груза, что позволит разработать технические условия для реализации ресурсосберегающих технологий.
EN: Purpose. In connection with the tendency to intensify the transportation process under conditions of increased axial loads and train speeds the article aims to investigate the dynamic loading of the coupling of two flat cars with a long load, as well as to determine the dynamic forces of interaction under the action of quasi-static longitudinal forces. Methodology. The research is based on the method of mathematical and computer modeling of dynamic loading of longitudinal-and-flexural vibrations of a 22 m long stack of cargo, located on the coupling of two flat cars of 13-4012 model. The kinetic and potential energies of the system are compiled taking into account the kinetic and potential energies of the load, which are calculated using the known fundamental functions. To determine the fundamental functions, the problem of flexural vibrations of a load as a beam on two elastic supports was solved. To determine the fundamental functions for longitudinal displacements, the differential equation of free longitudinal vibrations of a bar of constant cross section was used. Theoretical studies were carried out when moving of flat cars with typical bogies 18-100 at speeds in the range from 60 to 100 km/h on a straight section of the railway track. Findings. During the study it was taken into account the movement of flat car coupling along a sinusoidal irregularity with a length of 25 m and different depths under the action of longitudinal compressive or tensile forces, as well as during running out. In the course of theoretical studies and after the modeling, taking into account the oscillation processes of the flat car and long cargo, in the presence of quasi-static longitudinal forces, the dependences of the main dynamic indicators on the movement speed were obtained. Originality. To determine the dynamic loading of the flat car coupling, a mathematical model of longitudinal-and-flexural vibrations in the vertical plane of the cargo stack-platform car coupling system has been developed. The proposed mathematical model makes it possible to theoretically determine the dynamic parameters of the system and ensure the development of methods for transporting long cargo in accordance with the safety requirements of train traffic. Practical value. As a result of the theoretical studies, a relevant and practically important problem of determining the loading of flat car coupling during the transportation of long cargo was solved, which will allow developing technical conditions for the implementation of resource-saving technologies.
RU: Цель. В связи с тенденцией к интенсификации перевозочного процесса в условиях повышенных осевых нагрузок и скоростей движения поездов в статье предусмотрено исследовать динамическую нагруженность сцепа двух вагонов-платформ с длинномерным грузом, а также определить динамические силы взаимодействия под влиянием квазистатических продольных сил. Методика. Основой исследования является метод математического и компьютерного моделирования динамической нагруженности продольно-изгибных колебаний штабеля груза длиной 22 м, расположенного на сцепе из двух вагонов-платформ модели 13–4012. Кинетическая и потенциальная энергии системы составлены с учетом кинетической и потенциальной энергии груза, которые вычисляют по известным фундаментальным функциям. Для определения фундаментальных функций решалась задача о изгибных колебаниях груза как балки на двух упругих опорах. Для определения фундаментальных функций при продольных перемещениях использовано дифференциальное уравнение свободных продольных колебаний стержня постоянного сечения. Теоретические исследования проведены при движении сцепа платформ с типовыми тележками 18–100 со скоростями в интервале от 60 до 100 км/ч на прямом участке железнодорожного пути. Результаты. В исследовании принято во внимание движение сцепа вагонов-платформ по синусоидальной неровности длиной 25 м и разной глубиной при действии продольных сжимающих или растягивающих сил, а также на выбеге. В ходе выполнения теоретических исследований и после проведения моделирования с учетом процессов колебания вагона-платформы и длинномерного груза, при наличии квазистатических продольных сил, получены зависимости основных динамических показателей от величины скорости движения. Научная новизна. Для определения динамической нагруженности сцепа вагонов-платформ разработана математическая модель продольно-изгибных колебаний в вертикальной плоскости системы штабель груза – сцеп вагонов-платформ. Предложенная математическая модель дает возможность теоретически определить динамические показатели системы и обеспечить разработку способов транспортировки длинномерных грузов в соответствии с требованиями безопасности движения поездов. Практическая значимость. В результате проведенных теоретических исследований решена актуальная и практически важная задача определения нагруженности платформ сцепа при транспортировке длинномерного груза, что позволит разработать технические условия для реализации ресурсосберегающих технологий.
EN: Purpose. In connection with the tendency to intensify the transportation process under conditions of increased axial loads and train speeds the article aims to investigate the dynamic loading of the coupling of two flat cars with a long load, as well as to determine the dynamic forces of interaction under the action of quasi-static longitudinal forces. Methodology. The research is based on the method of mathematical and computer modeling of dynamic loading of longitudinal-and-flexural vibrations of a 22 m long stack of cargo, located on the coupling of two flat cars of 13-4012 model. The kinetic and potential energies of the system are compiled taking into account the kinetic and potential energies of the load, which are calculated using the known fundamental functions. To determine the fundamental functions, the problem of flexural vibrations of a load as a beam on two elastic supports was solved. To determine the fundamental functions for longitudinal displacements, the differential equation of free longitudinal vibrations of a bar of constant cross section was used. Theoretical studies were carried out when moving of flat cars with typical bogies 18-100 at speeds in the range from 60 to 100 km/h on a straight section of the railway track. Findings. During the study it was taken into account the movement of flat car coupling along a sinusoidal irregularity with a length of 25 m and different depths under the action of longitudinal compressive or tensile forces, as well as during running out. In the course of theoretical studies and after the modeling, taking into account the oscillation processes of the flat car and long cargo, in the presence of quasi-static longitudinal forces, the dependences of the main dynamic indicators on the movement speed were obtained. Originality. To determine the dynamic loading of the flat car coupling, a mathematical model of longitudinal-and-flexural vibrations in the vertical plane of the cargo stack-platform car coupling system has been developed. The proposed mathematical model makes it possible to theoretically determine the dynamic parameters of the system and ensure the development of methods for transporting long cargo in accordance with the safety requirements of train traffic. Practical value. As a result of the theoretical studies, a relevant and practically important problem of determining the loading of flat car coupling during the transportation of long cargo was solved, which will allow developing technical conditions for the implementation of resource-saving technologies.
Description
О. Шатунов: ORCID 0000-0002-1115-0093; А. Швець: ORCID 0000-0002-8469-3902
Keywords
вагон-платформа, довгомірний вантаж, динамічні показники, зчеп вагонів, поздовжні сили, швидкість руху, вагон-платформа, длинномерный груз, динамические показатели, сцеп вагонов, продольные силы, скорость движения, flat car, long cargo, dynamic indicators, coupling of cars, longitudinal forces, movement speed, КВВГ, КТБМ
Citation
Шатунов О. В., Швець А. О. Динаміка зчепу вагонів-платформ під час перевезення довгомірного вантажу. Наука та прогрес транспорту. 2020. № 4 (88). С. 114–131. DOI: 10.15802/stp2020/213381.