Тенденции и перспективы развития конструкции вагонов. Цели и методы проведения экспериментальных исследований, страница 2

Специфические требования предъявляются к электрооборудованию, системам кондиционирования воздуха и другим устройствам вагона [9, 20].

На основе предпроектных исследований, проведенных ВНИИВ и ВНИИЖТ, разработаны технические требования к вагонам локомотив­ной тяги для скоростей движения до 55 м/с.

Таким образом следует проводить дальнейшие разработки конструк­ций рельсового подвижного состава для скоростей движения 55—83 м/с (200—300 км/ч). Необходимо также проводить научно-исследовательские работы по высокоскоростному пассажирскому транспорту с системой маг­нитного подвешивания.

 

11.Цели и методы проведения экспериментальных исследований.

Сложность конструкции вагона и многообразие эксплуатационных на­грузок обусловливают приближенное определение отдельных размеров де­талей и характеристик вагона. Некоторые элементы вагона вообще не рас считываются, а их форма и размеры определяются опытным путем.

Чтобы создать рациональную конструкцию, необходимо сочетать тео­ретические расчеты с экспериментальными исследованиями, широко ис­пользуя при этом опыт эксплуатации подобных вагонов. Этот опыт, однако, не может заменить специальных испытаний. В эксплуатации обычно выяв­ляются только места с недостаточной прочностью, излишне прочные узлы остаются незамеченными. Элементы вагона, имеющие недостаточную дол­говечность, как правило, обнаруживаются не сразу, а по истечении некото­рого времени эксплуатации, когда появляются трещины и разрушения от ус­талости или других причин, причем такие разрушения могут иметь массо­вый характер. Поэтому важно подвергнуть вагон или его элементы специаль­ным испытаниям, которые позволили бы заранее за сравнительно короткий срок установить фактическую прочность и долговечность различных частей вагона, оценить его динамические качества.

В зависимости от задач такого рода и их особенностей обычноразли­чают:

испытания вагонных конструкций на прочность;

испытания для оценки динамических качеств вагонов и их воздействия на путь;

испытание надежности конструкции вагона и его элементов.

Целями испытаний конструкций на прочность являются:

оценка точности теоретических расчетов;

определение фактической прочности конструкции при различных на­грузках без определения количественных характеристик надежности;

оценка рациональности данной конструкции с точки зрения ее напря­женного состояния и определение путей ее усовершенствования.

Экспериментальные исследования динамических качеств вагона необходимы для:

определения величины и характера распределения динамических уси­лий и ускорений, действующих на вагоны и железнодорожный путь в эк­сплуатации;

оценки методов снижения динамических нагрузок;

оценки устойчивости вагона от схода с рельсов и опрокидывания, а также оценки плавности хода;

опенки точности динамических расчетов. Особенности динамических испытаний рассматриваются в курсе «Динамика вагона» [12].

Испытание  надежности   вагонных конструкций имеет целью:

определение численных значений показателей надежности;

установление закономерностей появления отказов во времени;

определение практических способов повышения надежности.

Вероятностные принципы определения показателей надежности тре­буют проведения испытаний достаточно большого числа однотипных изде­лий до утраты ими работоспособности, поэтому здесь особенно важно при­менять ускоренные методы.

При испытаниях для оценки прочности, надежности и динамических качеств вагонов измеряют силы, деформации, перемещения, напряжения и ускорения в элементах конструкции.

Степень подробности испытаний зависит от того, на каком этапе созда­ния вагонной конструкции они выполняются. Наиболее полно выполняют научно-исследовательские испытания и испытания образцов новой техники и менее полно — контрольные приемо-сдаточные испытания (ГОСТ 14232—69 и ГОСТ 15050—69).

Ценность любых испытаний во многом зависит от правильно разрабо­танной методики, в которой должны быть определены и обоснованы:

цель испытания;

способ подготовки объекта испытаний;

режимы нагрузок и порядок испытаний;

способы приложения экспериментальных нагрузок и необходимое для этого оборудование;

измерительные приборы для каждого этапа испытаний;

порядок и места установки приборов;

методы обработки результатов испытаний.

Статические испытания на прочность:

цель испытания вытекает из общих задач исследования, но в зависимости от вида испытания она формулируется применительно к данному объекту с учетом фактических требований и возможностей поста­новки эксперимента. Например, основной задачей может явиться всесто­роннее исследование новой конструкции вагона или изучение прочности только его отдельных элементов в связи с частичным изменением конструк­ции. При испытаниях на статическую нагрузку можно подробно оценить напряженное состояние конструкции.

Результаты статических испытаний позволяют проверить правильность основных расчетов на прочность.

Испытания прочности вагонов на удар через ав­тосцепку в соответствии с возможным характером повреждения вагонной конструкции от ударных нагрузок можно разделить на две категории:

испытание на единичные удары (соударение вагонов);

испытание на многократное действие повторных ударов (на усталость).

Вибрационные испытания, необходимые для определе­ния усталостной прочности (долговечности) вагонов и их элементов, про­водят на специальных стендах для получения абсолютных или сравни­тельных данных. В первом случае конструкция подвергается действию вибрационных нагрузок, эквивалентных по повреждающему действию всем эксплуатационным нагрузкам, обусловленным колебаниями обрессоренных частей вагона; во втором случае режим опытных нагрузок обыч­но применяется форсированным, но при условии сохранения физической природы разрушения. При сравнительных испытаниях в равных условиях проверяют два изделия или больше и сопоставляют их долговечность. Целесообразно сравнивать новую конструкцию с серийной, хорошо за-рекомендовавшей себя в эксплуатации.

Полноценные испытания прочности, динамики, надежности ваго­нов и их элементов практически невозможно выполнить без использования методов математической статистики и теории вероятностей. Даже для оценки точности простейших статических испытаний, как правило, тре­буется  применение статистической теории ошибок.

При экспериментальном исследовании методы математической ста­тистики применяются для решения следующих задач:

оценки степени точности измерений;

определения статистических закономерностей распределения изме­ряемых величин, имеющих вероятностную природу '(динамические напря­жения, силы, деформации, ускорения, время работы до отказа и т.д.);

определения   показателей    надежности   по   результатам   испытаний;

при   планировании   и   проведении   многофакторных  экспериментов.

В научно-исследовательских лабораториях ВНИИЖТ, ВНИИВ, МИИТ, БИТМ и других организаций накоплен обширный опыт по проведению испытаний вагонов. Од­нако дальнейшее развитие экспериментальных исследований является важней задачей, особенно в направлении усовершенствования методи­ки испытаний на надежность с использованием новейшего оборудования и специальных стендов.

Большое значение имеет применение новых принципов планирования многофакторных экспериментов. Эти эксперименты позволяют одно­временно оценить влияние различных факторов на исследуемые харак­теристики вагона и получить математическую модель процесса.

Использованная литература

1.  Вагоны. Конструкция, теория и расчет. Под редакцией Л.А. Шадура.

2.  Лукин В.В., Шадур А.А., Катуранов В.В. и др. Конструирование и расчет вагонов.- М.: Издательство УМК МПС РОССИИ, 2000.