К.т.н. Ловська А. О., к.т.н. Равлюк В. Г.

Український державний університет залізничного транспорту

ДОСЛІДЖЕННЯ ДИНАМІЧНОЇ НАВАНТАЖЕНОСТІ НЕСУЧИХ КОНСТРУКЦІЙ КОНТЕЙНЕРІВ ПРИ ПЕРЕВЕЗЕННІ НА ВАГОНАХ-ПЛАТФОРМАХ

Підвищення ефективності перевізного процесу в напрямку міжнародних транспортних коридорів зумовлює необхідність розробки та впровадження в експлуатацію транспортних засобів нового покоління.

Відомо, що одним з найбільш мобільних видів транспортних засобів, що знайшли використання у міжнародному комбінованому сполученні є контейнери.

Інтермодальність контейнерів прогнозує підвищення рівня їх затребуваності при комбінованих перевезеннях. Це викликає необхідність розробки та впровадження в експлуатацію контейнерів нового покоління з підвищеними техніко-економічними показниками. Тому необхідним є на стадії проектування їх несучих конструкцій врахування уточнених величин навантажень, які можуть діяти на них в процесі експлуатації.

Для визначення експлуатаційних значень динамічних навантажень, що діють на несучу конструкцію контейнера-цистерни, який розміщено на вагоні-платформі при маневровому співударянні, як випадку найбільшої навантаженості несучої конструкції, проведено математичне моделювання.

Дослідження проведені стосовно контейнера-цистерни моделі ТК25, побудови ВАТ “Зареченский завод химического машиностроения”, який розміщено на вагоні-платформі моделі 13-4085, побудови ПАТ “Дніпровагонмаш”. Зазначений контейнер-цистерна має типорозмір за ISO –1CC та призначений для транспортування: паливно-мастильних матеріалів, бензину, дизпалива, мастила моторного, сожі, сольвенту нафтового, нефрасу, піноутворювача.

Контейнер-цистерна розглядався, як прикріплена маса відносно рами вагона-платформи, що має піддатливість в повздовжньому напрямку за рахунок наявності зазорів між фітинговими упорами вагона-платформи та фітингами контейнера-цистерни. Тобто, контейнер-цистерна має власну ступінь вільності до моменту упору фітинга у фітинговий упор, після чого контейнер-цистерна повторює траєкторію переміщення вагона-платформи.

Зв’язок між рамою вагона-платформи та фітингами контейнера-цистерни імітувався як фрикційний. При цьому враховано, що контейнери-цистерни, розміщені на вагоні-платформі, мають однакову завантаженість котла наливним вантажем.

Вертикальні переміщення контейнера-цистерни відносно рами вагона-платформи не враховувалися. До уваги також приймалася піддатливість наливного вантажу відносно стінок котла контейнера-цистерни. Рух наливного вантажу описувався сукупністю математичних маятників. Величина сили повздовжнього удару, що діє на вагон-платформу, прийнята рівною 3,5 МН.

Розв’язання диференціальних рівнянь здійснено за допомогою метода Рунге-Кутта в середовищі програмного забезпечення MathCad.

Результати досліджень дозволили зробити висновок, що при відсутності зазорів між фітинговими упорами вагона-платформи та фітингами контейнера-цистерни, прискорення, що діє на несучу конструкцію контейнера-цистерни складає близько 40 м/с². Максимальні прискорення отримані для випадку, коли зазор між фітинговим упором та фітингом дорівнює 30 мм. При цьому прискорення становлять близько 300 м/с².

Також дослідження динамічної навантаженості несучої конструкції проводилося і для суховантажного контейнера типорозміру 1СС.

Результати досліджень дозволили зробити висновок, що при наявності зазорів між фітингами контейнера та фітинговими упорами вагона-платформи, прискорення, що діє на його несучу конструкцію складає близько 110 м/с², при відсутності переміщень – близько 50 м/с².

Дослідження динамічної навантаженості несучих конструкцій контейнерів проведено також шляхом комп’ютерного моделювання в середовищі програмного забезпечення CosmosWorks, версія 2015.

Розрахунок виконано за допомогою методу скінчених елементів. При складанні скінчено-елементної моделі використані просторові ізопараметричні тетраедри.

При складанні моделі міцності враховано, що на вагон-платформу окрім повздовжньої сили діють вертикальні зусилля у зонах спирання контейнерів на фітингові упори. Враховано, що на контейнер діє вертикальна реакція у зоні спирання фітинга на фітинговий упор. Для врахування сили тертя в зонах взаємодії вагона-платформи з контейнерами використаний коефіцієнт модального демпфірування.

В якості матеріалу несучої конструкції вагона-платформи та контейнерів застосована сталь марки 09Г2С зі значенням межі міцності МПа та межі текучості МПа.

З метою перевірки адекватності розроблених моделей використаний
F-критерій. Проведені розрахунки дозволили зробити висновок, що гіпотеза про адекватність розроблених моделей не заперечується.

Проведені дослідження показали, що прискорення, які діють на контейнери, розміщені на вагоні-платформі при маневровому співударянні, з урахуванням можливих переміщень фітингів відносно фітингових упорів, значно перевищують нормативні величини. Тому необхідним є уточнення нормативних документів з урахуванням внесення в них максимальних величин прискорень, що можуть діяти на контейнера, розміщені на вагоні-платформі при маневровому співударянні, а також урахування уточнених величин динамічних навантажень на стадії їх проектування в умовах вагонобудівних підприємств.