Оценка влияния эксплуатационных факторов на эффективность работы поглощающих аппаратов автосцепки

Цикл статей:
Глава 1 – Оценка влияния эксплуатационных факторов на эффективность работы поглощающих аппаратов автосцепки

Состояние вопроса. Объект исследования. Цель и задачи исследования

Обзор работ по исследованию межвагонных амортизирующих устройств

Работы в области исследования амортизирующих устройств велись начи­ная с 50х-60х годов прошлого столетия, в основном по следующим направле­ниям: совершенствование конструкций фрикционных амортизаторов удара, со­здание новых типов амортизаторов – резинометаллических, гидравлических и гидрофрикционных и амортизирующих устройств вагонов с плавающей хреб­товой балкой. В последние годы активно велись работы по созданию полимер­ных и эластомерных поглощающих аппаратов. Большой вклад в разработку научных основ создания и совершенствования современных амортизирующих устройств внесли ученые ведущих транспортных вузов Российской Федерации и стран СНГ (Московского государственного университета путей сообщения, Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта, Брянского государственного технического университета, Днепро­петровского национального университета железнодорожного транспорта и др.), а также сотрудники исследовательских институтов и вагоностроительных заво­дов.

Основополагающее значение имеют работы заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, профессора доктора технических наук Л.Н. Никольского. Им были созданы математические модели и получены основные зависимости для расчета продольных нагрузок при соударении вагонов, разработаны мето­дики расчета и проектирования фрикционных амортизаторов удара [19-24]. Л.Н. Никольскому и его ученику, заслуженному деятелю науки и техники РФ, профессору, доктору технических наук Б.Г. Кеглину принадлежит приоритет в формулировке и решении задачи об эксплуатационной нагруженности вагона продольными силами, в использовании стохастических оценок работы аморти­зирующих устройств и их параметрической надежности, оптимизации силовой характеристики аппарата по критерию усталостной повреждаемости [25-33].

Исследование факторов, определяющих работоспособность автосцепного устройства, были выполнены Н.Г. Беспаловым [34], C.B. Вершинским [35, 36, 37,38], Б.Г. Кеглиным [30, 39], H.A. Костиной [40], В.А. Котиковым [41], J1.H. Никольским [42, 43], H.A. Семиным [44]. В трудах этих ученых решены важнейшие условия конструирования и эксплуатации автосцепного устройства. Показано, что работоспособность вагона зависит, прежде всего, от исправного состояния поглощающего аппарата, а также других деталей упряжного авто­сцепного устройства вагона.

Из перечисленных авторов следует отметить следующие работы, наибо­лее близкие к теме диссертации.

В работе Б.Г. Кеглина [30] рассмотрена методика оценки параметриче­ской надежности поглощающих аппаратов в квазистатической постановке, ко­торая является оптимальной для исследования поглощающих аппаратов, но приводящая к значительным трудностям при исследовании влияния факторов эксплуатации на характеристики амортизирующего устройства.

JI.H. Никольским [23] разработаны математические модели фрикционных поглощающих аппаратов, исследовано влияние их на особенности ударных нагрузок подвижного состава.

Особенно актуальными являются труды последнего времени, представ­ляющие теоретические и экспериментальные исследования современных типов амортизаторов удара, которым посвящена данная диссертация. Среди них рабо­ты: Н.С. Бачурина [45], А.Г. Белоусова [46 – 51], В.И. Беляева [52], C.B. Бес- палько [53], А.П. Болдырева [45, 47-50, 54-76], С.А. Горячева [46], A.M. Гурова [77-81], A.B. Иванова [69], Б.Г. Кеглина [82-90], Т.Н. Прилепо [48-50, 58, 89], Д.А. Ступина [52, 91], П.Ю. Шалимова [93], А.П. Шлюшенкова [70], И.Б. Феок­тистова [92] и др.

В работе А.Г. Белоусова [51], близкой к теме диссертации, приводятся экспериментальные исследования поглощающего аппарат ПМКП-110, включа­ющие температурные испытания полимерного подпорного блока. Приводится качественное описание влияния температуры окружающей среды, однако не дано математическое описание влияния фактора температуры на работу как подпорного блока, так и поглощающего аппарата в целом.

Работа А.П. Болдырева [54] посвящена математическим моделям различ­ных типов поглощающих аппаратов, методике расчета критериев эффективно­сти амортизирующих устройств подвижного состава. Рассмотрено влияние раз­личных конструктивных особенностей на работу амортизатора удара.

A.M. Гуровым [78, 88] проведена сравнительная оценка влияния совре­менных поглощающих аппаратов на продольную динамику поезда, а также приводится методика имитационного моделирования условий эксплуатации ва­гона с учетом статистических данных по распределению скоростей и масс ва­гонов.

В диссертационной работе Д.А. Ступина [91] рассмотрены современные поглощающие аппараты автосцепного устройства грузового вагона, особенно­сти их создания и исследований.

В работе И.Б. Феоктистова [92] приведены основные уравнения, описы­вающие характеристику современных эластомерных амортизаторов. Выполнен анализ методов оценки и определения упругих характеристик эластомерного материала.

C.B. Беспалько предложена методика моделирования работы гидрогазо­вого аппарата ГА-500, которая сводится к введению в математическую модель колеблющихся вагонов дополнительной группы дифференциальных уравнений, соответствующих каждому из гидрогазовых аппаратов [53].

Учеными ОАО «ВНИИЖТ» разработаны нормативно-технические доку­менты, касающиеся создания новых конструкций, испытаний, эксплуатации и ремонта поглощающих аппаратов [15, 94-101].

Выбор рациональной формы силовой характеристики амортизатора удара рассмотрен в работах Е.П. Блохина [102], А.И. Бутенко [103], П.Т. Гребенюка [104], Б.Г. Кеглина [30], Г.Б. Крайзгура [105], Л.Д. Кузьмича [3], Л.А. Манаш- кина [106], Л.Н. Никольского [23], H.A. Панькина [107], П.А. Устича [108], Лангера [109], Томе [109] и др. Основная часть работ посвящена выбору силовой характеристики амор­тизирующего устройства, конструкция которого не задается, а свойства определяются лишь некоторой априорнои расчетной моделью. В дальнейшем та­кое устройство получило название «абстрактного» амортизатора, в отличие от конкретного амортизатора, математическая модель которого определяется заданной кинематической схемой. Исследования «абстрактного» амортизатора определяют направления, в которых должен осуществляться синтез конкрет­ных амортизаторов. Задача поиска оптимальных параметров в этом случае сводится к определению коэффициентов заданной математической функции (или класса функций), описывающей силовую характеристику «абстрактного» амортизатора.

Работы многих ученых посвящены исследованию эксплуатационных ха­рактеристик различных межвагонных амортизирующих устройств и изучению протекающих в них при ударе физических процессов. Наиболее подробно процессы трения во фрикционных амортизаторах и описывающие их детер­минированные и стохастические математические модели рассматривались в ра­ботах Б.Г. Кеглина [110], Е.Л. Кост [111], Л.Н. Никольского [24, 112], И.В. Се- линова [113], В.П. Тихомирова [112]. Различные математические модели пред­ложены в работах Е.П. Блохина [114], А.П. Болдырева [65, 115], Л.А. Манаш- кина [116], Б.Л. Стамблера [114]. Было установлено, что одной из главных причин неудовлетворительной работы серийных фрикционных поглощаю­щих аппаратов являются недостатки применяемой в них пары трения сталь- сталь, в связи с чем был поставлен вопрос о подборе более совершенной пары трения. Исследования по разработке и исследованию новых пар трения для фрикционных амортизаторов удара рассмотрены в трудах В.П. Мигунова, И.В. Селинова, A.M. Сухова и др. [117-119]. Большое количество научных исследований, посвященных амортизиру­ющим устройствам старого и нового типа, к сожалению, не отвечает на ряд во­просов, возникающих в связи с применением перспективных полимерных и эластомерных материалов, а также новых пар терния. Математические модели амортизаторов удара, применяемые при имитационном моделировании режи­мов эксплуатации вагона, требуют уточнения. Отсутствует учет влияния экс­плуатационных факторов на эффективность работы современных поглощаю­щих аппаратов. Особенно остро стоит вопрос о влиянии температуры окружа­ющей среды на работу полимерных подпорных блоков, которые приходят на смену устаревшим пружинам. Так же не исследовано влияние фактора релакса­ции на работу полимерных амортизаторов. Мало изучен или не изучен ряд дру­гих эксплуатационных факторов (фактора износа, влияния скорости нагружения полимерных материалов).

Обзор работ по исследованию продольной нагруженности подвижного состава

Значительный вклад в развитие исследований по продольной динамике вагона и поезда представляют работы Е.П. Блохина [102, 120], C.B. Вертинско¬го [36], П.Т. Гребенюка [121-124], В.В. Коломийченко [13, 14], В.А. Лазаряна [125, 126], Л.А. Манашкина [102, 127], Л.А. Мугинштейна [128], C.B. Мямлина [129], Н.А. Панькина [107], Б.Л. Стамблера [114, 130], П.А. Устича [108], В.Д. Хусидова [36] и др.
В Днепропетровском институте инженеров железнодорожного транспор¬та (ДИИТ) под руководством В.А. Лазаряна и его последователей Е.П. Блохина, Л.А. Манашкина, Б.Л. Стамблера, Н.М. Хачапуридзе, А.В. Юрченко и др. про-водились многочисленные исследования, в результате которых был разработан ряд аналитических методов расчета, позволяющих давать качественный анализ динамических процессов, а также комплекс алгоритмов и программ для реше¬ния задач продольной динамики поезда с применением современных вычисли¬тельных машин. В работах ученых Днепропетровского национального универ¬ситета железнодорожного транспорта изучены все основные виды возмущаю¬щих воздействий, возникающих при пуске поезда в ход, его торможении, дви¬жении по переломам; решены методические вопросы, связанные с численной реализацией решения задач продольной динамики; исследовано влияние неод¬нородности поезда, нелинейности межвагонных связей и зазоров в них на вели¬чину продольных сил и их распределение по длине поезда.
В работе Л.А. Мугинштейна [128] рассмотрен опыт внедрения тяжело-весного движения на отечественных и зарубежных железных дорогах, приведе¬ны основные эксплуатационные и технические факторы, исследованы техниче¬ские и организационные проблемы, возникающие при введении в обращение поездов повышенной массы и длины. Работа П.Т. Гребенюка [121] посвящена методике оценки продольных динамических и квазистатических усилий и тормозных путей в грузовых поез­дах и влиянию характеристик тормозов на динамику поезда.

П.Т. Гребенюком [124] изложены теоретические и экспериментальные исследования продольных динамических сил, возникающих в грузовых поез­дах при тяге и торможении; приведена методика расчета этих сил, учитываю­щая различные характеристики межвагонных соединений и особенности изме­нения силы тяги локомотива и тормозной силы вагонов; установлены законо­мерности динамических процессов при переходных режимах движения поезда. Оценены режимы движения грузовых поездов по критерию продольных сил, приведен анализ обрыва автосцепок.

C.B. Мямлин [129] приводит значения продольных ускорений вагонов в поездах, полученных по результатам многочисленных опытов, выполненных в реальных условиях с обычными пассажирскими и длинносоставными поездами при различных управляющих воздействиях, типах поглощающих аппаратов ав­тосцепки и воздухораспределителей тормозной системы.

В работе Е.П. Блохина, JI.A. Манашкина, Б.Л. Стамблера [130] описана методика проведения экспериментов и обработки их результатов, применяемая аппаратура, предназначенная для решения практических задач расчета и испы­таний поездов, связанных с определением продольных сил в автосцепках, ди­намическими характеристиками вагона при нестационарных режимах движения (трогание, различные виды торможения и др.). Следует отметить, что в работе не рассматриваются поглощающие аппараты с полимерными и эластомерными рабочими элементами.

Е.П. Блохиным и Л.А. Манашкиным [102] приведены результаты теоре­тических и экспериментальных исследований нестационарных режимов движе­ния поездов. Описаны математические модели и алгоритмы, позволяющие определять для существующих и перспективных условий эксплуатации силы, действующие на вагоны в поезде при трогании его с места, торможении, дви­жении через переломы продольного профиля пути, а также продольные силы, возникающие при соударении вагонов и сцепов. Рассмотрены процессы фор­мирования сил в поезде. Показано влияние на силы в поезде зазоров в упряже, характеристик поглощающих аппаратов и т.п. Описана методика определения по результатам экспериментов интегральных параметров поглощающих аппа­ратов. Построены статистические модели формирования продольных сил.

Работа C.B. Вертинского и др. [36] посвящена изложению основ теоре­тических и экспериментальных методов исследования динамики вагона и уста­новлению критериев для отыскания оптимальных динамических и конструк­тивных параметров вагонов для современных и перспективных условий экс­плуатации.

Для оценки влияния параметров современных амортизаторов удара на продольную динамику поезда используются результаты широких статистиче­ских обследований условий эксплуатации вагонов и методы расчетного моде­лирования эксплуатационной нагруженности, приведенные в работах А.П. Бол­дырева [54], А.И. Гореленкова [131], JI.H. Никольского [21-23], Б.Г. Кеглина [132], H.A. Костенко [133], H.A. Костиной [40], А.Л. Лисицына [134], Л.А. Ма- нашкина [135, 136], А.Г. Нетеса [6], В.М. Рудановского [4], H.A. Семина [5], Г.А. Сендерова [7, 8], О.В. Фетисова [137], Л.А. Шахнюка [137] и др.

Работа А.И. Гореленкова [131] посвящена разработке метода оценки нагруженности грузового вагона продольными динамическими силами, имити­рующего весь спектр условий эксплуатации вагона, рассчитано статистическое распределение продольных сил. В работе A.M. Гурова [81] данное распределе­ние было уточнено и расширено. Однако, учет таких эксплуатационных факто­ров, как температура окружающей среды, износ, релаксация полимеров не учи­тывался.

В настоящее время широко используются программные комплексы для моделирования динамики механических систем со специализированными мо­дулями для расчета железнодорожных экипажей: иностранные разработки – Adams, Gensys, Nucars, Medyna, Vampire, DYNRAIL и т.д. [138]; отечественные пакеты – Универсальный механизм (БГТУ, г. Брянск), Дионис (МГУПС МИИТ, г. Москва), Train.NET (БГТУ, г. Брянск) [16].

В диссертационной работе Р.В. Ковалева [138] подробно рассмотрены со­временные зарубежные программные пакеты исследования моделирования ди­намики механических систем, а также программный комплекс «Универсальный механизм». Изложена методика автоматизированного анализа динамики и оп­тимизации параметров железнодорожных экипажей.

Диссертация Э.А. Фатькова [16] посвящена математическим моделям по­глощающих аппаратов автосцепки, моделированию переходных режимов дви­жения поезда (трогание и различные виды торможения), имитационному моде­лированию маневровых операций на сортировочных горках. Приводится про­граммный комплекс Train.NET для исследования продольной динамики по­движного состава.

Необходимо отметить, что существующие и вновь разрабатываемые про­граммные пакеты требуют для работы внедрения уточненных математических моделей амортизирующих устройств, которые должны учитывать весь спектр эксплуатационных факторов.

Все перечисленные работы, посвященные динамике вагона и поездов, не­смотря на достаточную широту охвата, не учитывают особенности работы по­явившихся в последнее время и захвативших рынок полимерных и эластомерных поглощающих аппаратов автосцепок.

Обзор современных поглощающих аппаратов

В настоящее время, как на российских железных дорогах, так и на зару­бежных, существует большое разнообразие поглощающих аппаратов автосцеп­ки.

По основным рабочим элементам и принципу поглощения энергии амор­тизаторы удара подразделяют на пружинно-фрикционные (фрикционные), ре­зиновые (резинометаллические), полимерные, эластомерные, гидравлические, а также комбинированные, включающие различные виды рабочих элементов (ре- зинофрикционные, фрикционно-полимерные, гидрополимерные и т.п.). В настоящее время наибольшее применение на отечественном и зарубежном по­движном составе нашли фрикционные, фрикционно-полимерные, эластомер­ные и резинометаллические амортизаторы удара.

Фрикционные поглощающие аппараты благодаря простоте конструкции, низкой стоимости изготовления, а также неприхотливости в эксплуатации, по­лучили самое широкое распространение. Во фрикционных амортизаторах при ударном сжатии основная часть воспринятой амортизатором удара энергии за­трачивается на работу сил трения. В настоящее время в России на грузовых вагонах различных лет постройки установлены шестигранные фрикционные поглощающие ап­параты Ш-1-ТМ, Ш-2-В90, Ш-2-Т, Ш-6-Т04 (рис. 1.1, 1.2), пластинчатые поглощающие ап­параты ПМК-110А, ПМК-110К-23 (рис. 1.3). На грузовых вагонах железных дорог США [54] широко применяются шестигранные аппараты фирмы «Miner» («Майнер»), пластинчатые фирм «Keystone» («Кейстоун») и «Westinghouse» («Вестингауз»).

Главными недостатками фрикционных поглощающих аппаратов являют­ся: низкие коэффициенты полноты силовой характеристики (0,25…0,35), при­работка аппарата (составляет 2-3 года, в этот промежуток времени вагон не за­щищен от высоких продольных нагрузок), большой разброс характеристик, обусловленный технологией изготовления (до 1,5 раз по энергоемкости, до 10 раз по усилию начальной затяжке). Многочисленными исследованиями уста­новлено, что пружинно-фрикционные аппараты в существующих установочных размерах автосцепного устройства не могут обеспечить энергоемкость, доста­точную для существующих условий эксплуатации грузовых вагонов, в первую очередь, предназначенных для перевозки опасных грузов.

В последнее время комбинированные фрикционные поглощающие аппа­раты получают все большее распространение. Основное поглощение энергии в них происходит на поверхностях трения, однако использование современных высокоэффективных полимерных материалов, а также применение в качестве рабочих элементов гидравлических и других амортизаторов значительно улуч­шает характеристики аппаратов.

Наиболее перспективны комбинированные аппараты, использующие в качестве возвратно-подпорного устройства элементы из полиэфирных термоэластопластов: ПрогТех (Беларусь), Hytrel (США), Durel (Германия). Аппараты ПМКП – 110 (разработан ООО «НПП Дипром» совместно с ООО «ПК БСЗ») (рис. 1.9) [119] и РТ-120 (выпускаемый по лицензии фирмы «Майнер», США) (рис. 1.10) получили большое распространение на отечественном подвижном составе.

Достаточно эффективным является использование в качестве возвратно- подпорного устройства специального гидроамортизатора (гидровставки) – ап­парат Н-60 фирмы «Вестингауз» (рис. 1.4, а), ПГФ – 4 (разработка ВНИИЖТ- УВЗ) (рис. 1.4, в).

Применение в качестве возвратно-подпорного устройства эластомерной вставки позволяет при сохранении всех преимуществ гидроамортизатора зна­xчительно повысить надежность конструкции при сравнительной простоте из­готовления. На базе серийного аппарата ПМК-110К-23 разработан фрикционно- эластомерный амортизатор ПМКЭ-110 (рис. 1.4, б).

Простота конструкции, стабильная силовая характеристика, эффектив­ная работа при движении поезда обусловили широкое использование резино-металлических поглощающих аппаратов. Аппараты Р-2П и Р-5П (рис. 1.5, б, рис. 1.5, в) устанавливают на пассажирских вагонах и в электро- и дизель поездах; аппараты Р-4П (рис. 1.5, а) – на тяговых агрегатах, эксплуатируемых на рудных разработках. Недостатков резинометаллических аппаратов, связанных со свойствами резины, как конструкционного материала (рассеивание твердости резинометал­лических элементов и влияние на упругие свойства резины температуры и процессов старения), в значительной степени лишены полимерные аппараты, использующие упругие элементы из полиэфирных термоэластопластов. Такие полимеры позволяют получить требуемое сочетание податливости и диссипа- тивных свойств при высокой технологичности и возможности утилизации элементов, исчерпавших свой ресурс. За рубежом применяются амортизаторы такого ти­па – фирмы «Майнер» (США, материал ТесБРак), фирмы ЕЬН (Германия, материал Биге1) (рис. 1.6).

На отечественном жд транспорте для оборудования цистерн и ва­гонов, перевозящих разрядные и особо опасные грузы, применяются эласто- мерные амортизаторы, разработанные в России АПЭ – 120И (рис. 1.7, а), АПЭ – 95 – УВЗ (рис. 1.7, б), ЭПА – 120 (рис. 1.7, в), а также 732^^ (фирмы «Камакс», Польша) (рис. 1.7, г). Конструкции отличаются количеством и размерами ра­бочих камер, исполнением дроссельных элементов и выполнением корпуса, объединенного с хомутом.

Гидрополимерные амортизаторы удара представлены аппаратом ГП-120

(разработка 000«НПП Дипром») (рис. 1.8) и амортизатором того же типа, используемого в новых платформах, вы­пускаемых вагонострои­тельным заводом «Дес- сау» (Германия) [139].

Основным недостатком этих аппаратов являлась неспособность долго­временной работы полимерных элементов в гидравлической жидкости, которой был заполнен аппарат. Происходило их разрушение, и аппарат терял работо­способность.

Несмотря на исследовательские и конструкторские работы, так и не уда­лось освоить серийное изготовление высокоэнергоемкого гидравлического по­глощающего аппарата для постановки на вагоны, перевозящие опасные, хруп­кие и дорогостоящие грузы.

Помимо данной классификации существует классификация амортизато­ров удара, определенная ОСТом 32.175-2001, которая разделяет аппараты на 4 класса по основным показателям работы (табл. 1.1).

В нормативной документации оговорены области применения аппаратов различных классов:

• ТО – в исключительных случаях, например на вагонах, следующих в ремонт;
• Т1 – на вагонах, перевозящих обычные грузы;
• Т2 – на новых вагонах-цистернах для перевозки опасных грузов (нефть и нефтепродукты, химические вещества);
• ТЗ – на вагонах для перевозки грузов высокой степени опасности (сжи­женный газ, ядовитые вещества).

Объект исследования

Объектом исследования работы являются фрикционно-полимерные по­глощающие аппараты автосцепки класса Т1, которые получили наибольшее распространение на железных дорогах РФ. Основными представителями данно­го класса являются амортизаторы удара ПМКП-110 и РТ-120.

Амортизатор удара ПМКП-110 разработан ООО «НЛП Дипром» сов­местно с ООО «ПК БСЗ» [119]. Конструкция создана на базе серийного аппара­та ПМК-110А, подпорные пружины которого заменены полимерными элемен­тами (рис. 1.9). Использование полимерного упругого блока повышает полноту и энергоемкость силовых характеристик амортизатора. Это достигается за счет повышения жесткости подпорного комплекта, что позволяет уменьшить управ­ляющие углы клиновой системы и, соответственно, стабилизировать трение на вспомогательных поверхностях. Кроме того, демпфирующие свойства полиме­ров значительно снижают фрикционные автоколебания, сопровождающие ударное сжатие.

Аппарат содержит корпус (поз.1 рис. 1.9), в котором расположен нажим­ной конус (поз.5), фрикционные клинья (поз.4), контактирующие с опорной плитой (поз.6), подвижные фрикционные пластины (поз.З), неподвижные фрикционные пластины (поз.2) с износоустойчивыми металлокерамическими элементами. Плита опирается на комплект из пяти упругих полимерных эле­ментов (поз.8), разделенных центрирующими пластинами (поз. 10). Опорный упругий элемент (поз.7) имеет увеличенную высоту и диаметр отверстия. Ап­парат удерживается в сборе стяжным болтом с гайкой (поз.9).

ПМКП-110 – первый в мировой практике фрикционный поглощающий аппарат, не требующий предварительной приработки для получения норматив­ной энергоемкости, благодаря чему он надежно защищает вагон от поврежде­ний уже при первых ударах.

Поглощающий аппарат РТ-120 (рис. 1.10) производства ООО «Вагон- маш» (г. Железногорск) класса Т1 выпускается по лицензии фирмы «Майнер» (США). Аппарат использует в своей конструкции пару трения сталь-сталь с бронзовыми вкладками, в результате чего для достижения нормативных пока­зателей требуется приработка. Аппарат содержит полимерный подпорный блок, выполняющий те же функции, что и в аппарате ПМКП-110.

Наиболее перспективными материалами для изготовления полимерных блоков являются полиэфирные термоэластопласты. К ним относятся материалы типа Нуtrel (США), Durel (Германия) и ПрогТех (Беларусь).

В ходе исследований ряда эксплуатационных факторов испытаниям и ма­тематическому описанию подвергался полимерный подпорный блок поглоща­ющего аппарата ПМКП-110, который состоит из 5 полимерных элементов. Конструкция полимерного элемента представлена на рис. 1.11.

Аппараты ПМКП-110 и РТ- 120 устанавливаются на вагоны с 2002-2003 гг. В настоящее время накоплен опыт эксплуатации, пока­зывающий, что эффективность и надежность таких аппаратов в зна­чительной степени определяются условиями работы. Поэтому оценка Рис. 1.11. Полимерный элемент влияния эксплуатационных факто­ров на эффективность работы поглощающих аппаратов автосцепки является ак­туальной.

При изучении фактора износа, помимо поглощающего аппарата ПМКП- 110, исследовался аппарат ПМКЭ-110 (рис. 1.12) класса Т2, разработанный на базе серийного аппарата ПМК-110К-23, подпорно-возвратные пружины кото­рого заменены эластомерным амортизатором (вставкой), состоящей из рабочего цилиндра (поз. 1 рис. 1.12), штока с поршнем (поз. 2) и крышки (поз. 3). Ци­линдр заполнен объемно сжатым начальным давлением эластомерным матери­алом. Применение эластомерной вставки позволяет значительно повысить надежность конструкции при сохранении всех преимуществ гидроамортизато­ра. Эластомерная вставка одновременно выполняет две функции: обеспечива­ет подпорное усилие при ударном сжатии и восстанавливает фрикционную часть после удара. Повышенная жесткость подпора позволила значительно уменьшить управляющий угол клиновой системы, что в сочетании с демпфирующими свойствами эласто- мерной вставки стаби­лизировало процессы трения при ударном сжатии. В результате были фактически лик­видированы скачки и срывы на силовых ха­рактеристиках. В дис­сертационной работе были использованы материалы ресурсных испытаний данного поглощающего аппарата для подготовки математических моделей, учитываю­щих фактор износа металлокерамических элементов.

Цель и задачи исследования

На основе анализа приведенных исследований с учетом тенденций при­менения перспективных поглощающих аппаратов сформулирована цель иссле­дования – оценка влияния эксплуатационных факторов на эффективность рабо­ты современных амортизаторов удара.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ влияния различных эксплуатационных факторов на работу поглощающих аппаратов.
2. Разработать уточненные математические модели амортизаторов удара, учитывающие эксплуатационные факторы, для использования их в задачах продольной динамики вагона и поезда.
3. Для идентификации и проверки адекватности математических моделей провести комплекс статических и динамических испытаний современных амор­тизаторов и их деталей при различных значениях эксплуатационных факторов: температуры окружающей среды, времени эксплуатации аппарата, скоростей соударения и др.
4. Разработать методику математического моделирования эксплуатацион­ной нагруженности вагона, включающую математические модели вагонов и по­глощающих аппаратов, формирование режимов эксплуатации на основании статистических данных.
5. Исследовать показатели работы поглощающих аппаратов с учетом экс­плуатационных факторов.
6. Используя разработанные методики, рассчитать статистические рас­пределения нагрузок, действующих на вагон в процессе эксплуатации.
7. Разработать и реализовать методику расчета параметрической надеж­ности поглощающего аппарата с учетом эксплуатационных факторов.

Список литературы

1. Транспорт в России. 2009: сб. ст./ Росстат.-М., 2009.- Т.65.-198с.
2. Ковыршин, В.М. Сохранность грузовых вагонов на железных дорогах России. ЦНИИТЭИ / В.М. Ковыршин, Г.К. Сендеров, А.П. Ступин, Е.А. Мазу¬ров // Ж.-д. транспорт, сер. Вагоны и вагонное хозяйство. Ремонт вагонов. – 1994.-Вып. № 1. – с. 8-32.
3. Кузьмич, Л.Д. Повышение прочности и эксплуатационной надежности грузовых вагонов / Л.Д. Кузьмич, A.A. Рахмилевич // ВНИИТЭИТЯЖМАШ. – 1980.-№5. -80-36. -48 с.
4. Рудановский, В.М. Влияние погрешностей АРС на образование «окон» и скорость соударения вагонов в подгорочном парке/ В.М. Рудановский // Вест¬ник ВНИИЖТ. – 1977. – № 3. – с. 47-50.
5. Семин, H.A. Исследование надежности автосцепного устройства с учетом перспективных условий эксплуатации подвижного состава железных дорог: Автореф. дис… канд.техн. наук / H.A. Семин. – М., 1980. – 22 с.
6. Сендеров, Г.К. Обеспечить сохранность вагонов на сортировочных стан¬циях / Г.К.Сендеров, А.Г.Нетеса // Ж.-д. транспорт.- 1973.- № 9.- с.55-57.
7. Сендеров, Г.К. Анализ причин поступлений грузовых вагонов в текущий отцепочный ремонт / Г.К. Сендеров, Е.А. Поздина, В.Б. Митюхин, В.П. Архи¬пов, Л.Б. Володина // ЦНИИТЭИ, Ж.-д. транспорт.- Сер. Вагоны и вагонное хо-зяйство. Ремонт вагонов,- Вып. № 3 – 4.- 1998.- с. 29-44.
8. Сендеров, Г.К., Причины отцепок вагонов в текущий ремонт: Бюллетень ОСЖД 4-5 / Г.К. Сендеров, Е.А. Поздина, А.П. Ступин, Л.Б. Вологдина, Д.А. Ступин-М,- 1999. – с. 20-25.
9. Исследование эксплуатационной надежности вагонов и совершенствование организации и технологии ремонта: Отчет по НИР/ ВНИИЖТ, М., 1978.- 87 с.
10. Anounce of preventive effort in worth a pound of pay out.// Railway Age, 1977, № 15.-P. 178.
    И. Гапанович, В.А. Парк грузовых вагонов: перспективы развития// Вагоны и вагонное хозяйство.- 2004.- Пилотный вып.- с. 2-5.
11. Постановление Правительства РФ от 29 марта 1994 г. № 253 «Об увеличе¬нии парка специализированных железнодорожных вагонов-цистерн»/ Собрание актов Президента и Правительства Российской Федерации, 1994, № 14, ст. 1105
12. Коломийченко, В.В. Автосцепное устройство железнодорожного подвижно¬го состава/ B.B. Коломийченко, H.A. Костина, В.Д. Прохоренков и др. – M.: Транспорт, 1991.- 232 с.
13. Коломийченко, В.В. Автосцепные устройства подвижного состава желез¬ных дорог/ В.В. Коломийченко, В.И. Беляев, И.Б. Феоктистов и др.- М.: Транс¬порт, 2002. – 230 с.
14. ОСТ 32.175-2001. Аппараты поглощающие автосцепного устройства грузо-вых вагонов и локомотивов. Общие технические требования.- 12 с.
15. Фатьков, Э.А. Математическое моделирование работы современных погло-щающих аппаратов автосцепки и разработка программного комплекса для рас¬чета их характеристик: Дисс….к. техн. наук / Э.А. Фатьков. – Брянск, 2009.- 141 с.
16. Suppliers take up the slak / Vantuono William C. // Railway Age. – 1998. – 199, №5. – C. 37-38, 42-46
17. Никольский, JI.H. Метод определения оптимальных параметров амортиза-торов удара/ JI.H. Никольский // Вестник машиностроения.- 1967.- № II.- с. 38¬42.
18. Никольский, JI.H. Метод расчетного определения стабильности работы фрикционных аппаратов автосцепки / JI.H. Никольский // Вестник ВНИИЖТ.- 1958.-№4.-с. 26-28.
19. Никольский, JI.H. О скачкообразном изменении сил при ударном сжатии фрикционных аппаратов автосцепки/JI.H. Никольский // Труды Брянск.ин-та транспортного машиностроения.- 1961.- Вып. XIX,- с. 5-13.
20. Никольский, Л.Н. Об эффективности фрикционных аппаратов автосцепки / Л.Н. Никольский // Труды Брянск.ин-та транспортного машиностроения.- 1952.- Вып. XII. – с. 93-107.
21. Никольский, Л.Н. Определение оптимальных параметров поглощающих ап-паратов автосцепки по условию минимума усталостной повреждаемости кон-струкции вагона / Л.Н. Никольский // Расчет вагонов на прочность. /Под общ.ред. Л.А. Шадура.- М.: Машиностроение, 1971.- с. 417-426.
22. Никольский, Л.Н. Работа фрикционных амортизаторов автосцепки при со-ударении вагонов: Дисс…. д-ра. техн. наук / Л.Н. Никольский. – 1951. – 280 с.
23. Никольский, Л.Н. Фрикционные амортизаторы удара/Л.Н. Никольский.-М.: Машиностроение, 1964.- 167 с.
24. Кеглин, Б.Г. Выбор расчетной модели вагона в различных задачах продоль-ной динамики / Б.Г. Кеглин // Вопросы исследования надежности и динамики элементов подвижного состава железных дорог: Труды Брянск.ин-та трансп. машиностр.- 1971.- Вып. XXIV.- с. 102-111.
25. Кеглин, Б.Г. Новая пара трения для амортизаторов удара вагонов / Б.Г. Кеглин // Трение и износ.- 1981.- Т. II.- № 3.- с. 537-539.
26. Кеглин, Б.Г. О расчетной схеме грузового вагона в некоторых задачах про-дольной динамики /Б.Г. Кеглин // Вестник ВНИИЖТ.- 1969.- №3.- с.16-20.
27. Кеглин, Б.Г. О статистическом распределении продольных нагрузок, ис-пользуемом в «Нормах для расчета вагонов…» 1983 г. / Б.Г. Кеглин // Динами¬ка, прочность и надежность транспортных машин: Сб. научн. Трудов. – Брянск: БИТМ, 1990.
28. Кеглин, Б.Г. Оптимальная величина необратимого поглощения энергии амортизатора удара грузового вагона / Б.Г. Кеглин // Транспортное машино-строение.- 1981, 5-81-15.
29. Кеглин, Б.Г. Оптимизация межвагонных амортизирующих устройств: Дисс…. д-ра.техн. наук /Б.Г. Кеглин. – Брянск, 1981. – 401 с.
30. Кеглин, Б.Г. Повреждающее действие продольных нагрузок при различных режимах эксплуатации грузового вагона / Б.Г. Кеглин // Транспортное машино-строение.- 1980.- 5-80-20.- с. 10-12.
31. Кеглин, Б.Г. Синтез оптимального амортизатора удара вагона / Б.Г. Кеглин //Известия вузов. Машиностроение.- 1981.- № 3.- с. 9-14.
32. Кеглин, Б.Г. Современное состояние и основные проблемы совершенство-вания амортизаторов удара грузового подвижного состава / Б.Г. Кеглин // Ди-намика, прочность и надежность транспортных машин: Сб. науч. трудов. – Брянск: БГТУ, 2003. – С. 6-9.
33. Беспалов, Н.Г. Автосцепное устройство подвижного состава / Н.Г. Беспа¬лов, В.В. Коломейченко, H.A. Семин.- М.: Транспорт, 1980.- 185 с.
34. Вершинский, C.B. Продольная динамика вагонов в грузовых поездах // Тру¬ды ВНИИЖТ, 1957.- Вып. 143. – 262 с.
35. Вершинский, C.B. Динамика вагонов / C.B. Вершинский, В.Н. Данилов, В.Д. Хусидов.- М.: Транспорт, 1991.- 360 с.
36. Вершинский, C.B. Расчет вагонов на прочность // Под ред. JI.A. Шадура.- М.: Машиностроение, 1971.- 432 с.
37. Вершинский, C.B. Исследование динамики вагонов / C.B. Вершинский // Труды ВНИИЖТ, 1965.- Вып. 307.- 190 с.
38. Кеглин, Б.Г. Параметрическая надежность фрикционных устройств/ Б.Г. Кеглин – М.: Машиностроение, 1981. – 136 с.
39. Костина, H.A. Уточнение характеристик нагруженности вагона продольны¬ми силами через автосцепку / H.A. Костина // Вестник ВНИИЖТ. – 1981. – № 4. – с. 36-39.
40. Котиков, В.А. Усталостные ударные испытания хребтовой балки четырех-осной цистерны со сварными узлами упоров автосцепки / В.А. Котиков // Ди-намика и прочность перспективных вагонов: Труды ВНИИЖТ, 1976.- Вып. 548.- с. 129-137.
41. Никольский, JI.H. Амортизаторы удара подвижного состава / JI.H. Николь-ский, Б.Г. Кеглин.- М.: Машиностроение, 1986. – 144 с.
42. Костенко, H.A. Уточнение расчетных режимов продольной нагруженности вагона для поездных условий / H.A. Костенко, JI.H. Никольский, О.В. Фетисов, Г.П. Сергеева // Вопросы исслед. надежности и динамики элементов транс-портных машин и подвижного состава железных дорог.- Тула: Тульск. политех, ин-т, 1977. – с. 69-76.
43. Семин, H.A. Исследование надежности автосцепного устройства с учетом перспективных условий эксплуатации подвижного состава железных дорог: Автореф. дис… канд.техн. наук / H.A. Семин. – М., 1980. – 22 с.
44. Бачурин, Н.С. Статистическая оптимизации эластомерного поглощающего аппарата автосцепки / Н.С Бачурин., С.А. Горячев // Железнодорожный транс-порт сегодня и завтра: Тез.докл. науч.-техн. конф.-УрГАПС – Екатеринбург, 1998.- с. 17-18.
45. Болдырев, А.П. Экспериментальное исследование характеристик фрикци-онного поглощающего аппарата ПМКП-110 с полимерным подпорным блоком / А.П. Болдырев, А.Г. Белоусов, В.А. Алдюхов, Т.Н. Прилепо, А.И. Гореленков // Динамика и прочность транспортных машин: Сб. науч. трудов.- Брянск: БГТУ 2003.- с. 6-10.
46. Болдырев, А.П. Расчетно-экспериментальная оценка рациональных пара-метров конструкции поглощающего аппарата ПМКП-11 Осполимерным под-порным блоком / А.П. Болдырев, А.Г. Белоусов // Динамика, прочность и надежность транспортных машин: Сб. науч. трудов.- Брянск: БГТУ, 2003.- с. 15-27.
47. Кеглин, Б.Г. Разработка и испытания поглощающего аппарата ПМКП-110 с полимерными упругими элементами класса Т1 / Б.Г. Кеглин, А.П. Болдырев, А.Г. Белоусов, Т.Н. Прилепо, А.Т. Харитонов // Тез.докл. 56-й науч. конф. про- фессорско-преподавтельского состава. – Брянск: БГТУ, 2002. – с. 55-57.
48. Кеглин, Б.Г. Экспериментальное исследование упругих элементов из мате-риала беласт / Б.Г. Кеглин, А.П. Болдырев, Т.Н. Прилепо, А.Г. Белоусов // Ди-намика, прочность и надежность транспортных машин: Сб. науч. трудов. – Брянск: БГТУ, 2002. – с. 77-79.
49. Кеглин, Б.Г. Новый фрикционный поглощающий аппарат автосцепки с применением полимерного упругого блока / Б.Г. Кеглин, А.П. Болдырев, М.Я. Рафаловская, Т.Н. Прилепо, А.Г. Белоусов // Состояние и перспективы развития дорожного комплекса: Сб. научных трудов.- Брянск: БГИТА, 2001.- Вып. 2. – с. 35-37.