Please use this identifier to cite or link to this item: http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/4077
Title: Удосконалення конструкції кінцевих опорних пристроїв вагонів-цистерн з метою зниження матеріалоємності
Other Titles: Усовершенствование конструкции концевых опорных устройств вагонов-цистерн с целью снижения материалоемкости
Improving the bracket support structures of tank wagons to reduce materials consumption
Authors: Павлюченков, Михайло Васильович
Павлюченков, М. В.
Pavliuchenkov, M. V.
Keywords: вагон-цистерна
матеріалоємність
скінченно-елементна модель
кінцевий опорний пристрій
оптимізаційне проектування
напруженодеформований стан
материалоемкость
конечно-элементная модель
концевое опорное устройство
оптимизационное проектирование
напряженно-деформированное состояние
tank wagon
materials consumption
finite element model
bracket support structure
optimization design
stress-strain state
Issue Date: 2017
Publisher: Український державний університет залізничного транспорту
Citation: Павлюченков М. В. Удосконалення конструкції кінцевих опорних пристроїв вагонів-цистерн з метою зниження матеріалоємності : автореф. дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.22.07 – рухомий склад залізниць та тяга поїздів / Михайло Васильович Павлюченков ; Укр. держ. ун-т залізн. трансп. - Харків, 2017. - 24 с.
Abstract: UA: Павлюченков М.В. Удосконалення конструкції кінцевих опорних пристроїв вагонів-цистерн з метою зниження матеріалоємності. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.07 – рухомий склад залізниць та тяга поїздів. – Український державний університет залізничного транспорту МОН України, Харків, 2017. Дисертаційна робота присвячена питанням поліпшення техніко-економічних показників вагонів-цистерн за рахунок удосконалення конструкції кінцевих опорних пристроїв з метою зниження матеріалоємності. Проаналізовано особливості розвитку конструктивних схем вітчизняних і закордонних цистерн. Обґрунтовані перспективні напрямки удосконалення конструкції кінцевого опорного пристрою вагона-цистерни. Для дослідження НДС цистерни створена РСЕМ, адекватність якої перевірена за результатами аналітичних розрахунків та експериментальних випробувань. Вона використана для чисельних досліджень з виявлення найбільш раціональної конструкції кінцевого опорного пристрою. Виконано математичний опис задачі оптимізаційного проектування за критерієм мінімальної матеріалоємності опорного пристрою вагона-цистерни та використано його для конструкції, що пропонується. Для розв’язання задачі оптимізації використано чисельний метод. Перевірено конструкцію з запропонованим удосконаленням на увесь спектр навантажень згідно з нормативними документами. RU: Павлюченков М.В. Усовершенствование конструкции концевых опорных устройств вагонов-цистерн с целью снижения материалоемкости. – Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.07 – подвижной состав железных дорог и тяга поездов. – Украинский государственный университет железнодорожного транспорта МОН Украины, Харьков, 2017. Вагоны-цистерны являются одним из массовых типов железнодорожного подвижного состава, которые успешно применяются для перевозки наливных, пылевидных грузов и газов. Условия эксплуатации транспортных средств предъявляют повышенные требования к прочности существующих и новых конструкций цистерн. Одним из перспективных направлений улучшения техникоэкономических показателей вагонов-цистерн для перевозки жидких грузов является снижение их материалоемкости за счет усовершенствования конструкции. Проанализированы особенности развития конструктивных схем отечественных и зарубежных цистерн, выполнен патентно-библиографический анализ технических решений, определены преимущества и недостатки. Научно обоснованы перспективные направления усовершенствования конструкции опорного устройства вагона-цистерны. Разработана расчетная конечно-элементная модель вагона-цистерны для перевозки жидких грузов, которая способна описать: начальное несовершенство котла цистерны; физическую и геометрическую нелинейность; дефекты и повреждения; податливость контакта между оболочкой и опорами; статические, динамические и случайные воздействия. Усовершенствование КЭМ вагонацистерны происходит за счет введения нелинейных конечных элементов – односторонней связи и трения – для моделирования свободного опирания и скольжения котла цистерны по крайним опорам вдоль образующей. Проверена адекватность расчетной конечно-элементной модели вагонацистерны для перевозки светлых нефтепродуктов по результатам аналитических расчетов и экспериментальных испытаний, расхождение не превышает 10–12 %, что подтверждает целесообразность использования ее для расчетов на прочность. Перспективным направлением снижения материалоемкости кузова вагонацистерны является усовершенствование конструкции концевых опорных устройств на основе результатов исследований влияния контактного давления и жесткости опорных устройств на НДС кузова вагона-цистерны. Предложены варианты конструктивных решений концевых опорных устройств котла вагона-цистерны. Внесением конструктивных изменений, которые направлены на перераспределение нагрузок и напряжений в опасных зонах, может быть достигнут эффект снижения максимальных напряжений, а за счет этого и снижение металлоемкости. Определена наиболее эффективная конструкция опорного устройства. На следующем этапе для определения ее оптимальных параметров составлена функция цели, введены ограничения; получена аппроксимация функций цели и ограничений в виде полиномов. При построении и проверке правильности составления математических моделей – их адекватности, применены методы оптимизации и методы нелинейного программирования. Для решения задачи оптимизации использовался численный метод. Также определены оптимальные параметры конструкции графическим методом. Результаты методов совпали. Результаты расчетов показали, что масса конструкции концевого опорного устройства при оптимальных значениях составляет т 415 проп  кг, что на 13 % меньше по сравнению с существующей конструкцией. Проверена конструкция с предложенным усовершенствованием на весь спектр нагрузок в соответствии с нормативными документами. В программном продукте Mathcad использована математическая модель для проведения расчетов на динамические нагрузки. Получены результаты с учетом инерционных сил от ускорения кузова. Выполнен расчет сопротивления усталости. Результаты расчетов показывают, что значения коэффициента запаса сопротивления усталости не выходят за пределы нормативного значения. Ключевые слова: вагон-цистерна, материалоемкость, конечно-элементная модель, концевое опорное устройство, оптимизационное проектирование, напряженно-деформированное состояние. EN: Pavliuchenkov M.V. Improving the bracket support structures of tank wagons to reduce materials consumption. – Manuscript. Thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences on specialty 05.22.07 – Rolling Stock and Train Traction. – Ukrainian State University of Railway Transport MES of Ukraine, Kharkiv, 2017. Dissertation work is devoted to improving the technical and economic indicators of tank wagons by the bracket support structures to reduce materials consumption. Structural changes aimed at redistribution of loads and stresses in vulnerable areas can contribute to reduction in the maximum stresses, and as a result, to improvement in technical and economic characteristics of a tank wagon. On observing features of structural design development for Ukrainian and foreign tank wagons, patent and bibliographical analysis of engineering solutions, three variants of support structures have been proposed. In order to investigate the stress-strain state of a tank wagon the finite element model was built, its adequacy having been checked by results of analytical calculations and experiments. It has been applied for numerous researches to find the most effective bracket support structure by comparing it to the existing one. The laws of stiffness change in radial direction and the laws of contact pressure change have been demonstrated. The improved structure has been checked by a load spectrum according to normative documents.
URI: http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/4077
Appears in Collections:2017

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Автореферат Павлюченков 18.05.2017.pdf896.35 kBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.