Дослідження навантаженості зйомного модуля для довгомірних вантажів при перевезенні у складі комбінованого поїзда залізничим поромом

Abstract

В статті наведено результати визначення навантаженості зйомного модуля для довгомірних вантажів при перевезенні у складі комбінованого поїзда залізничним поромом. Наведено результати математичного моделювання динамічної навантаженості зйомного модуля, розміщеного на вагоні-платформі при бортовій хитавиці залізничного порому. Враховано, що вагон-платформа жорстко закріплений на палубі і здійснює переміщення разом з нею. Переміщення зйомного модуля відносно рами вагона-платформи і вантажу відносно зйомного модуля не враховувалися. Розв’язок математичної моделі здійснено методом варіації довільних постійних та підтверджено шляхом розрахунку в програмному комплексі Mathcad. Встановлено, що максимальна величина прискорення, яке діє на вагон платформу зі зйомним модулем, складає близько 2,35 м/с² (0,24g). Отриману величину прискорення враховано при розрахунку на міцність зйомного модуля. В якості розрахункового застосовано метод скінчених елементів, який реалізовано в програмному комплексі SolidWorks Simulation. При цьому застосовано критерій Мізеса. Скінчено-елементу модель утворено просторовими ізопараметричними тетраедрами. Результати розрахунків показали, що максимальні еквівалентні напруження зафіксовані в зоні взаємодії вертикальних стійок з фітингами і складають 284,7 МПа. Отримані напруження нижче за допустимі на 17,5%. У якості допустимих напружень застосовано межу плинності матеріалу конструкції. Визначено коефіцієнт стійкості рівноваги зйомного модуля. Стійкість зйомного модуля на вагоні-платформі за умови відсутності власних переміщень, а також довгомірного вантажу, розміщеного у ньому, дотримується при кутах крену залізничного порому до 25°. Проведені дослідження сприятимуть створенню напрацювань щодо проектування транспортних засобів комбінованих перевезень та підвищенню ефективності їх експлуатації.The article presents the results of determination of the loading of a removable module for transportation of long freight in a combined train by the train ferry. The article describes the results of the mathematical modelling of the dynamic loading on a removable module placed on the flat car during rolling motion of the train ferry. It suggested that the flat car was rigidly fastened and displaced together with the deck. The displacements of the removable module relative to the flat car frame and the freight relative to the removable module were neglected. The mathematical model was solved with the method of variation of constants and confirmed by means of calculation in Mathcad. It was found that the maximum value of acceleration to the flat car with the removable module was about 2.35 m/s² (0.24g). The value of acceleration obtained was included in the strength calculation for the removable module. The calculation was based on the finite element method and realized in SolidWorks Simulation with the Mises criterion. The finite element model was formed with spatial isoparametric tetrahedrons. The results of the calculation demonstrated that the maximum equivalent stresses were in the contact area between the vertical posts and the fittings; they amounted to 284.7 MPa. The stresses obtained were lower than the allowable values by 17.5%. The yield strength of the structural material was taken as the allowable stress. The equilibrium stability factor for the removable module was also determined. The strength of the removable module on the flat car without proper displacements and with the long freight inside was provided at the roll angles of the train ferry up to 25°. The results of the research will be of value for those who are dealing with development of transport facilities with better operational efficiency for combined transportation.