Визначення навантаженості вагонів-самоскидів при ударі падаючим вантажем з метою забезпечення міцності - Автореферат

Під час завантаження гірської маси - найбільш небезпечному режимі роботи вагонів-самоскидів в карєрах - часто відбувається падіння брил великої маси на незахищену підлогу кузова. Існуючі ж математичні моделі (методики) розрахунку думпкарів на удар брилою не дозволяють з достатнім ступенем точності провести порівняння нелінійних механічних характеристик матеріалів і пристроїв, пропонованих як амортизацію. У звязку з цим розробка математичної моделі для дослідження напружено-деформованого стану (НДС) вагонів-самоскидів, що враховує нелінійні властивості матеріалу настилу помосту, при ударі брилою великої маси по незахищеній підлозі кузова вагона дозволить ще на стадії проектування вибирати раціональні параметри конструкцій вагона, які б забезпечили необхідну міцність для заданих умов експлуатації, і являє собою актуальну наукову проблему. Дисертаційна робота є складовою частиною досліджень, що виконані в галузевій науково-дослідній лабораторії динаміки та міцності рухомого складу (ГНДЛ ДМРС) Дніпропетровського державного технічного університету залізничного транспорту (ДІІТУ) за планом тематичних держбюджетних робіт Міністерства транспорту України (держбюджетна тема №98.02.97.2000 «Теоретичне та експериментальне дослідження міцності рухомого складу України», № держ. реєстрації 0199U001443, в якій здобувач був відповідальним виконавцем) та за госп. договорами з ВАТ «Стаханівський вагонобудівний завод» (госп. тема №91.186.99.2000 «Експертна оцінка динамічних (ходових і міцнісних) якостей модернізованого шестивісного вагона-самоскида вантажопідйомністю 105 т моделі 33-9035», № держ. реєстрації 0199U001438) і з ОКБ «Транспортер» м. Наукова новизна роботи полягає в тому, що вперше: - розроблено математичну модель ударного навантаження вагонів-самоскидів масивним падаючим тілом, яка дозволяє враховувати нелінійні механічні властивості амортизуючого прошарку настилу помосту і місцеві пластичні деформації підлоги кузова вагона в зоні удару;У першому розділі приведено огляд літератури, присвяченої розвитку теорії удару, теоретичним і експериментальним методам дослідження ударних процесів і міцності конструкцій, зроблено вибір напрямку дослідження. Проведено аналіз існуючої методики розрахунку і відзначено ряд недоліків: - на етапі динамічного розрахунку при визначенні ударної сили не розглядаються поперечні балки, які безпосередньо сприймають удар; На підставі проведеного аналізу для вирішення задачі про удар брилою по незахищеній підлозі вагона-самоскида обрана теорія удару Сірса-Тимошенко з урахуванням місцевих пластичних деформацій, для моделювання коливань вагона застосовано МКЕ в динамічній постановці. Вагон-самоскид розглядається як система лінійно-пружних тіл (верхній і броньовий листи, верхня рама з лобовою стінкою і бортами, нижня рама з обресореними частинами візків), звязаних між собою нелінійними вязями. IMG_3eb2c338-aa71-4bcd-a371-b2e42f7b4179 - вектори переміщень і прискорень відповідно броньового листа і рам вагона; M, v, IMG_c8be4dd9-94bc-43b7-9bbd-a5504955602b - маса, швидкість і прискорення центра ваги падаючого тіла; Fуд - ударна сила, яка прикладається в точках контакту до броньового листа і падаючого тіла; Fi - i-а сила взаємодії, що моделює роботу амортизуючого прошарку, між броньовим листом і верхньою рамою; B - вектор, який задає місце прикладання сили Fуд; D1i, D2i - вектори, що визначають місця прикладання сил взаємодії Fi до броньового листа і верхньої рами вагона-самоскида відповідно.Досвід експлуатації, спеціальні експерименти та аналіз різних методів розрахунку на міцність конструкції вагонів-самоскидів в екстремальних умовах експлуатації - при падінні масивних брил на незахищену підлогу кузова під час завантаження показує, що при теоретичних дослідженнях поперечного удару брилою слід враховувати як загальні (коливання конструкції) так і місцеві (пружні та пластичні) деформації. Математична модель оцінки напружено-деформованого стану вагонів-самоскидів при ударному навантаженні падаючим зосередженим вантажем, побудована на основі обєднаної теорії удару Сірса-Тимошенко в кінцево-елементній постановці з врахуванням нелінійних жорсткісних характеристик амортизуючого матеріалу і місцевих пластичних деформацій настилу помосту кузова, дозволяє враховувати реальні (у тому числі нелінійні) механічні властивості досліджуваної конструкції. Створене програмне забезпечення, що реалізує розроблену математичну модель, дозволяє проводити теоретичні дослідження динамічних процесів і навантаженності елементів конструкції вагонів-самоскидів при ударі падаючого зосередженого вантажу на незахищену підлогу кузова. Дані натурних випробувань вагона-самоскида 33-677-001, призначеного для перевезення гірської маси щільністю до 4 т/м3, при ударах вантажем-бойком по незахищеній підлозі за методикою, розробленою спільно ДЕРЖНДІВАГОНОБУДУВАННЯ (Росія) та ГНДЛ динаміки і міцності рухомого складу ДІІТУ, підтвердили результати динамічного розрахунку на міцність. Зіставлення результатів теоретичних досліджень з даними на

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ