Павлюченков М.В.

Українська державна академія залізничного транспорту, Україна

Удосконалення конструкції вагонів-цистерн для перевезення рідких вантажів за рахунок нових технічних рішень консольних опорних пристроїв і зниження їх матеріалоємності.

Вагони-цистерни є одним з масових типів залізничного рухомого складу. Умови експлуатації транспортних засобів пред'являють підвищені вимоги до міцності існуючих і нових конструкцій цистерн. Дослідження [1] свідчать, що напруження обумовлені дією опорного тиску, складають 70…90 % від максимальних напружень, які виникають в котлі цистерни. Внесенням конструктивних змін, які направлені на перерозподіл навантажень та напружень в небезпечних зонах може бути досягнутий ефект зниження максимальних напружень, а за рахунок цього і зниження металоємності.

Для вирішення поставленої задачі виконано дослідження для пошуку оптимальної конструкції опорного пристрою. На першому етапі зроблено патентно-бібліографічний аналіз технічних рішень [2, 3], виявлено переваги і недоліки та запропоновано нові варіанти конструкцій, визначено найбільш ефективнішу конструкцію [4, 5]. На наступному етапі для визначення її оптимальних параметрів складено функцію цілі, введені обмеження; отримано апроксимацію функцій цілі та обмежень у вигляді поліномів [6]. На третьому етапі для розв’язку задачі оптимізації (5) використовувався метод Нелдера-Міда. Ідея метода полягає у порівнянні значень функції в n+1 вершинах симплексу та переміщенні точок симплексу у напрямі оптимальної точки за допомогою ітераційної процедури.

Спочатку, при різних початкових значеннях параметрів, проводилась оптимізація всіх чотирьох параметрів. При цьому перші два параметри змінювалися, даючи різні значення функції, що мінімізується, а t₃ та a залишалися практично незмінними: t₃=0,01 м, a=0,3 м. Це дало можливість при фіксованих значеннях х₃ та х₄ звести задачу до оптимізації двох параметрів х₁ та х₂. З точністю до 3 % отримані значення t₁=0,0114 м, t₂=0,0094 м, при цьому: m^проп=405 кг; =290 МПа; =110 МПа. При відомих значеннях двох параметрів t₃ та a для оптимізації t₁ та t₂ можна скористатися графічним методом. Для цього за допомогою отриманих апроксимацій були обчислені функції , , т^проп на сітці 100х100 та побудовані ізолінії цих функцій (рис. 1).

· Рис.1. Графік визначення оптимальних параметрів конструкції опорного пристрою вагона-цистерни

Аналізуючи графік (див. рис. 1) видно, що оптимальними є параметри в точці А: t₁=0,0116 м та t₂=0,0095 м. Пошук, що здійснювався в області допустимих рішень Д_х, дав можливість в якості оптимальних визначити такі величини параметрів: мм; мм. Таке рішення обґрунтовується встановленими ГОСТ 19903-74 нормованими значеннями листового прокату (δ=4 мм; 4,5 мм; 5 мм; 6 мм, 7 мм, 8 мм, 9 мм, 10 мм, 12 мм…) і технологічними особливостями виготовлення опорного пристрою вагона-цистерни. Як видно, результати оптимізації, які отримані двома способами, дуже близькі. При більшій кількості змінних зручніше користуватися чисельним методом.

Маса конструкції опорного пристрою при оптимальних значеннях  мм,  мм, t₃=10 мм, a=0,3 м, становить  кг, що на 13% менше у порівнянні з існуючою конструкцією.

Література:

1. Ждамаров В. С. Исследование напряженного состояния оболочки котла железнодорожной цистерны от локальных нагрузок: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.05.01 / Владимир Сергеевич Ждамаров, МИИТ – М.,1980.–23 с.

2. Исследования по изысканию новых конструктивных схем четырехосных вагонов–цистерн с целью снижения их металлоемкости: Отчет о НИР (заключительный) / Всесоюзный научно–исследовательский институт вагоностроения (НИИВ); Руководитель В.С. Лагута. – Шифр работы № ГР 01840013267; Инв. № 02850060917. – Кременчуг, 1985, ч. I. – 63 с.

3. Лагута В. С. Анализ конструктивных вариантов вагонов–цистерн. Развитие конструкций вагонов. Анализ результатов испытаний и эксплуатации/ В. С. Лагута, А. В. Донченко, Ю. Я. Водянников // Сб. науч. тр. НИИвагоностроения. – 1988. – С. 58 – 64.

4. Павлюченков М.В. Дослідження конструктивних варіантів опор залізничних цистерн для перевезення рідких вантажів / М.В. Павлюченков // Тези доповідей 70 Міжнародної науково-практичної конференції «Проблеми та перспективи розвитку залізничного транспорту» – Дніпропетровськ: ДІІТ, 2010. – С. 81-82.

5. Пат. 72134 Україна, МПК B 61 D 5/06. Пристрій для кріплення котла залізничної цистерни на рамі ходової частини / Павлюченков М. В.; заявник та патентовласник Українська державна академія залізничного транспорту. – № u2012 00495; заявл. 16.01.12; опубл. 10.08.12, Бюл. №15. – 4 с.

6. Мартинов І.Е. Оптимізація опорного пристрою вагона-цистерни / І.Е. Мартинов, М.В. Павлюченков // Збірник наукових праць Української державної академії залізничного транспорту. – Харків: УкрДАЗ, 2013. – Вип. 138. – С. 221-225.