Д.т.н., проф. Фомін О. В., ст. викл. Стецько А. А.

Державний економіко-технологічний університет транспорту, Київ, Україна

Формалізоване описання потенційних попередньо напружених вагонних складових

Сучасний парк вантажних вагонів характеризується різноманіттям їх типів і конструкцій, що викликано необхідністю задоволення різних вимог учасників їх життєвого циклу. В основному парк вантажних вагонів складається з: напіввагонів, вагонів-платформ, вагонів-цистерн, вагонів-хоперів, критих, ізотермічних та вагонів спеціального призначення, а також контейнерів загального та спеціального призначення.

Конструкція кузова того чи іншого типу вагона визначається його призначенням, тому кузова різних типів вагонів за своєю конструкцією досить різні, але у всіх них багато спільного.

Впровадження нових концептів проривних ідей конструкторської ідеології несучих модулів вантажних вагонів дозволить системно підвищити ефективність вантажоперевезень залізничним транспортом, що охарактеризується рядом переваг для інфраструктури, виробників, інвестиційної привабливості, операторів руху, експлуатації, екології.

При цьому застосовані загально прийняті методи формування і аналізу конструкцій та спрямованих напружено-деформованих станів елементів. Для формування схеми потенційних складових та способів спрямованого напружено-деформованого стану застосовувались принципи блочності, варіантності та ієрархічності досліджень технічних систем.

Зосереджено увагу над авторською гіпотезою про доцільність впровадження в конструкції вантажних вагонів попередньо напружених несучих елементів. Під попереднім напруженням конструкцій розуміють різноманітні прийоми штучного регулювання напружень (керування напружено-деформованим станом) в конструкціях для підвищення їх ефективності. Втручання в природну роботу об'єкта для спрямованої зміни його потенційної енергії деформації може відбуватися на різних стадіях: в процесі виготовлення, при монтажі, при експлуатації або модернізації і на різних рівнях: конструктивних елементів або вузлів, модулів і системи в цілому.

Критеріями ефективності застосування попереднього напруження в металоконструкціях можуть бути як економічні вимоги зі зниження маси і вартості об'єктів, так і технологічні (підвищення жорсткості, збереження форми елементів несучих конструкцій, зміна динамічних характеристик, підвищення тріщиностійкості та зменшення втомної міцності і т.д.). В цьому відношенні металоконструкції мають більш широкі можливості застосування попереднього напруження, ніж залізобетонні і стале залізобетонні, де цей прийом розкинувся, перш за все як засіб боротьби з малою міцністю бетону, при розтягуванні.

Для класифікації щодо використання в вантажному вагонобудуванні спрямованого напружено-деформованого стану були виокремлені способи створення попереднього напруження.

В зв’язку з різноманітністю конструктивних схем вагонів варто розробити класифікацію яка пов’яже та систематизує характер впровадження попереднього напруження з особливостями (типажем) вантажних вагонів їх універсальних та специфічних складових. Блочно-ієрархічна схема потенційних складових впровадження попереднього напруження в несучі системи вантажних вагонів представлена на рис. 1.

Як видно з схеми (рис. 1) формалізоване описання потенційних складових впровадження передбачає виділення чотирьох ієрархічних рівнів: І рівень містить «Тип вагона», який передбачає впровадження основних типів вагонів; ІІ рівень містить «Модуль кузова»; ІІІ рівень містить «Модуль рами та каркаса»; ІV рівень містить «Модуль ходових частин».

Рисунок 1 – Схема потенційних складових впровадження попереднього напруження в несучі системи вантажних вагонів

Визначено найбільш поширені експлуатаційні пошкодження несучих систем вантажних вагонів: вигин торцевої стіни назовні, перекіс та розширення кузова, злами, тріщини та інші несправності. Встановлено потенціальні місця для впровадження спрямованого напружено-деформованого стану в вантажних вагонах: елементи кузова (обв’язка верхня та нижня бічних стін, горизонтальні пояси та обв’язування верхнє стін торцевих, дуги даху, стійки бічних та торцевих стін та інші), балки рами та ходові частини. Обґрунтовано доцільність впровадження та виокремлено сім способів реалізації спрямованого на-пружено-деформованого стану для вагонних конструкцій. Розроблена блочно-ієрархічна схема потенційних складових впровадження попереднього напруження в несучі системи вантажних вагонів. Проведено попередній розрахунок, який показав позитивні результати запропонованого наукового підходу щодо його застосування для конструкції вагонів-цистерн.

ЛІТЕРАТУРА

1. Fomin, O.V. Modern requirements to carrying systems of railway general-purpose gondola cars / О.V. Fomin // Scientific and technical journal «Metallurgical and Mining Industry». 2014 (5). P. 31–43.

2. Фомін, О.В. Теоретичні основи програмного комплексу визначення та використання математичних моделей складових вантажних вагонів // Вісник КДУ імені Михайла Остроградського. – Вип. 6/2013 (83). – Кременчук, 2013. – С. 87–91.

3. Сулейменов, У. С. Перспективы применения предварительного напряжения в металлических конструкциях нефтеперерабатывающей промышленности / У. С. Сулейменов, А. Б. Молдагалиев, Н. Ж. Жанабай,
М. К. Укибаев // Наука и образование Южного Казахстана. - 2005. - № 3. - С. 51-53.

4. Айнабеков, А. И. Работа надземных предварительно напряженных трубопроводов при эксплуатационных нагрузках / А. И. Айнабеков,
Б. Р. Арапов, У. С. Сулейменов // Наука и образование Южного Казахстана. - 2003. - № 35. - С. 12-14.

5. Лукин, В.В. Конструирование и расчёт вагонов. Учебник для вузов ж.-д. трасп. / Л.А. Шадур, В.Н. Котуранов, А.А. Хохлов, П.С. Анисимов // – Москва: УМК МПС РФ, 2000. – 726 с.