Ефимов Н.А., Ефимов И.Н.

Самарский Государственный университет путей сообщения

РАСЧЁТ ЖЁСТКОСТИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭЛАСТИЧЫХ ТОРООБРАЗНЫХ АМОРТИЗАТОРОВ

Эффективность работы железнодорожных транспортных средств в значительной степени зависит от конструкции и параметров системы подвешивания ходовой части. Для улучшения динамики ходовой части подвижного состава предлагается устройство универсального кольцевого эластичного амортизатора с круглым поперечным сечением, то есть торообразного из эластичного материала – резины, полиуретана. Данный упругодемпфирующий эластичный элемент (ЭЭ), аналогичный «модулю Дергачёвых», является универсальным амортизатором и выполняет плавное возрастание жёсткости при увеличении воздействия сжимающей нагрузки. В настоящее время «модуль Дергачёвых» нашёл применение в конструкциях железнодорожных вагонов, где главными критериями являются надёжность составов, безопасность и комфорт для пассажиров [1]. Эффективное использование и полная реализация всех ценных физико-механических свойств ЭЭ могут быть достигнуты лишь при условии правильного обоснования их конструкции, конструктивной жесткости, рациональных параметров и выборе соответствующего материала.

В связи с этим были проведены численные исследования напряжено-деформированного состояния универсального кольцевого амортизатора по оптимизации его геометрических параметров из полиуретана ЭЛУР 10-50, так как в настоящее время в опорах и подвесках транспортных средств ЭЭ заменяются полиуретановыми. Ресурс полиуретановых деталей выше резиновых в 4-5 раз и более. При исследованиях применялся многоцелевой конечно-элементный программный комплекс ANSYS Multiphysics. Результаты исследований показали, что жесткость торообразных эластичных амортизаторов при повышении нагрузки начинает круто возрастать при единично допустимых для эластомеров деформациях от 30 до 40%. Это может обеспечить нормативные перемещения элементов конструкции ходовой части, улучшение динамических свойств, повышение плавности движения подвижного состава и надёжность данных амортизирующих устройств [2].

В результате данных исследований была выведена формула для определения жёсткости торообразного эластичного амортизатора в зависимости от его осевой деформации сжатия:

C=ЕS/(d –Δd)=ЕπD_ср b/(d –Δd)=ЕπD_ср sin[arccos(1– )]·(1+ ) / (1– ),

где S – площадь нагружения, м;

Е – статический модуль упругости, Н/м²;

D_ср = (D_н+D_вн)/2 – средний диаметр торообразного амортизатора, м;

b=a+Δ a=a (1+ ) – поперечный размер кольцевой площади контакта при нагружении;

d – диаметр эластичного амортизатора, м;

=Δd/d – относительная деформация сжатия;

Δd – абсолютная деформация сжатия, м;

[arccos(1– )] = α/2 – половина угла сектора круга;

При этом увеличение площади контакта за счёт растекания эластомера принималось равным величине относительной деформации сжатия .

Для установления адекватности данной формулы были проведены экспериментальные исследования зависимости жёсткости от осевой деформации сжатия торообразных эластичных амортизаторов. В исследованиях применялись три опытных образца с различными типоразмерами и механическими характеристиками: №1-твердостью 85 ед., №2-62 ед. и №3-30 ед. по Шору А. Резиновые образцы подвергались трёхкратному нагружению-сжатию на прессе до фиксируемых индикатором часового типа относительных осевых деформаций от 5% до 40% со снятием значений усилия пресса. По расчетным и экспериментальным данным были построены графические зависимости жесткости опытных амортизаторов от относительной осевой деформации сжатия. В качестве примера приводится для образца №3, рис 1.

Рис. 1. Зависимости жесткости от относительной деформации амортизатора№3 с размерами D_н•d = 52•6,5: ○- расчёт; ∆ - эксперимент

Сравнение результатов экспериментальных значений жесткости с соответствующими значениями, рассчитанными по выведенной аналитической формуле, показало удовлетворительную сходимость в 6-11%. При этом расчётные данные лежат в пределах доверительного интервала, что даёт основание рекомендовать данную формулу для практического применения при проектировании и внедрении эластичных универсальных торообразных амортизаторов для эффективности и эксплуатационной надёжности подвижного состава.

CПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дергачёв Э.П., Дергачёв Э.Э. Снижение динамической нагруженности подвагонного оборудования // Железнодорожный транспорт.–2005.– №10.–С.60-62.

2. Ефимов Н.А., Андрончев И.К., Ефимов И.Н. Численные исследования жёсткости перспективных амортизирующих устройств ходовых частей подвижного состава железных дорог // Вестник транспорта поволжья. Вып.3(27). - Самара:СамГУПС, 2011,с. 9-14.