Дослідження спільної роботи гальм рухомого складу залізниць Польщі в поїздах Укрзалізниці

В розрахунковій схемі поїзда локомотив показаний в виді однієї сконцентрованої маси m1. Цистерни показані в виді еквівалентних твердих тіл кожне масою mi, до яких за допомогою упругов’язких елементів з жорсткістю Сij і коефіцієнтом демпфування ij прикріплені рухомі маси mij. 

 

В рівняннях (2) Vi, Vij – швидкості руху мас mi та mij; qi і qij – їх відносні переміщення; Si i Sij – сили, які діють на і-у цистерну із сторони сусідніх цистерн; Si j – сили взаємодії мас mi і mi j ; Fi, Fi j – çîâнішні сили, які діють на екіпажі і рухомі маси; n-число тонів коливань рідкого вантажу в котлі цистерни, яке при дослідженнях перехідних режимів руху поїздів, як правило, приймається n = 1. 

Систему рівнянь (2) потрібно інтегрувати при наступних початкових умовах: 

 

Vi (0) = Vi 0; qi (0) = qi 0;

Vi j (0) = Vi j 0; qi j (0) = qi j 0.

 

В праві частини рівнянь (2) входять функції Fi (t, Vi) и Si (qi,  ), які описують відповідно обурювальні сили і силові характеристики нелінійних елементів міжвагонних з’єднань, які деформуються. Зовнішні обурювальні сили Fi, які діють на i-й екіпаж, в загальному випадку можуть бути представлені в виді: 

 

Fi = Fт + Вi + Pi + Wi, (4)

 

де: Fт – сила тяги локомотива; 

Вi – гальмівна сила, прикладена до i-ї цистерни; 

Рi – частина сили ваги i-ї цистерни при русі по похилому участку шляху; 

Wi – основний опір рухові i-го екіпажу. 

 

Вирішення системи нелінійних диференційних рівнянь (2) проводилось на ПЕОМ з використанням числових методів інтегрування при заданих початкових умовах. 

Самим неблагоприємним, з точки зору поздовжньої динаміки поїзда, є екстрене гальмування, а тому дослідження проводились для цього виду гальмування. 

Характер розподілу по довжині складу найбільших (по абсолютній величині) значень поздовжніх сил в міжвагонних з’єднаннях та прискорень цистерн показує, що максимальні сили при гальмуванні виникають в середній частині складу, а прискорення – в хвостовій частині. Найбільші стискаючі сили для поїзда із 30-и цистерн сягають 290 кН, а прискорення цистерн – 0, 8 g. 

В цілому, аналіз одержаних під час розрахунків значень поздовжніх сил в міжвагонних з’єднаннях і прискорень цистерн під час екстреного гальмування показав, що безпечна експлуатація, з точки зору міцності міжвагонних з’єднань, для поїзда, складеного із 30-и цистерн ДЕЦ, можлива тому, що цистерни обладнані тяговими гвинтовими пристроями міцністю на розтягування 850 кН, силою тяги – 300 кН, а також ударними пристроями (буферами) ударною силою 350 кН. Проведені в 1994 році дослідні поїздки складу із 30 цистерн ДЕЦ довели принципову можливість регулярної експлуатації таких поїздів на залізницях України. 

У другому розділі проведені дослідження методами математичного моделювання динамічної навантаженості комбінованих поїздів (із вагонів УЗ та цистерн ДЕЦ) та зроблено аналіз результатів експериментальних досліджень таких поїздів. 

Розрахунки проводились для випадків екстреного гальмування поїздів, в яких цистерни ДЕЦ обладнані повітророзподільниками системи Ерлікон ЄСт3ф, а піввагони повітророзподільниками № 483М. До особливостей міжвагонних зв’язків належить і те, що характеристики буферів цистерн і поглинаючих апаратів автозчепок крайніх в групах цистерн відповідали еластомірним пружньо-дисипативним елементам. Математична модель комбінованого поїзда побудована аналогічно математичній моделі наливного поїзда, складеного із цистерн ДЕЦ. 

Звісно, що динамічна навантаженість рухомого складу при гальмуванні в великій мірі залежить від стану поїзда до спрацювання гальм (розтягнений чи стиснений). В зв’зку з цим моделювання гальмування поїзда проводилось в попередньо стисненому і розтягненому станах. 

Характеристики поїздів і час наповнення гальмівних циліндрів приведені в табл. 2. 

 

Таблиця 2

Характеристики поїздів і час наповнення гальмівних цилиндрів

 

На рис. 7 і 8, як ілюстрація динамічних процесів, які протікають в комбінованому поїзді, приведені діаграми розподілу по довжині поїзда найбільших величин стискаючих та розтягуючих сил в міжвагонних з’єднаннях. Суцільними лініями показано розподіл сил в попередньо розтягненому поїзді, а штриховими – в стисненому поїзді. На рис. 7 приведені результати розрахунків у випадку гальмування поїзда з 10-ю цистернами в головній його частині, а на рис. 8 – у випадку гальмування поїзда з 10-ю цистернами в хвості складу. На рис. 7 і 8 символами нанесені величини поздовжніх сил, одержаних експериментальним шляхом. 

Результати розрахунків максимальних поздовжніх сил в комбінованих поїздах різних схем формування приведені в табл. 3. 

Аналізуючи результати розрахунків (див. табл. 3), можна зробити висновок, що при збільшенні кількості цистерн в голові складу, знижується рівень стискаючих сил і підвищується рівень розтягуючих сил, в тому числі і в частині складу із піввагонів. 

 

Таблиця 3

Найбільші сили в поїздах різних схем формування 

 

При збільшенні кількості цистерн в хвості складу стискаючі сили в поїзді зменшуються, хоча при цьому сили в буферах цистерн збільшуються, але зменшуються сили в гвинтовому стяжному