Исследования по оценке ходовых качеств пассажирского вагона производства Республики Узбекистан

В статье рассматриваются вопросы по оценке ходовых качеств пассажирского вагона модели 61–920. Определены коэффициенты вертикальной и горизонтальной динамики, устойчивости колеса против схода с рельсов и от опрокидывания в кривой под действием боковых сил, а также другие показатели динамических качеств пассажирского вагона. Проведенный сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований показал их хорошую сходимость.

Ключевые слова: пассажирский вагон, коэффициенты вертикальной и горизонтальной динамики, показатели динамических качеств вагона.

На железнодорожном транспорте особое значение имеет подготовка согласованных мероприятий по развитию новых видов тяги, обновлению вагонного парка [1–5], совершенствованию конструкций верхнего строения пути [6–8], которые обеспечат высокие скорости движения поездов в сочетании с безопасностью движения и удобствами для пассажиров [9–12]. Рациональное использование этих средств и рациональная организация перевозочной работы составляют основное содержание эксплуатационной деятельности железнодорожного транспорта [13].

Пассажирский вагонный парк железных дорог Узбекистана является одним из видов железнодорожного подвижного состава. От его технического состояния и способности удовлетворять потребности в перевозках зависит качество обслуживания и своевременность доставки пассажиров, производительность и экономические показатели работы железных дорог [14–15].

Для пополнения парка перспективными пассажирскими вагонами конструкторами АО «Ташкентский завод по строительству и ремонту пассажирских вагонов» (АО «ТашВСРЗ») был спроектирован новый пассажирский вагон модели 61–920 с современной системой кондиционирования воздуха [16].

Пассажирский вагон является неотъемлемой частью пассажирского комплекса железных дорог, обеспечивая спрос на сервисные услуги железнодорожного транспорта. Критерии оценки обслуживания пассажиров характеризуются такими показателями, как комфортабельность и плавность хода вагона [17].

При определении оценки качества хода пассажирского вагона необходимо произвести проверку соответствия нормам показателей плавности хода вагона, предусмотренным стандартом и другой нормативно-технической документацией на вагоны [18–20].

При проектировании данного пассажирского вагона, для железных дорог Узбекистана, теоретическими исследованиями были определены показатели ходовые качества вагона [21, 22].

Пассажирский купейный вагон модели 61–920, изготовлен в соответствии с конструкторской документацией 920.00.00.000 разработки АО «ТашВСРЗ». Основные технические параметры данного вагона приведены в таблице 1.

Таблица 1

Оценка качества хода вагона в соответствии с [20] определяется следующими показателями:

— коэффициенты вертикальной и горизонтальной динамики;

— вертикальные и горизонтальные ускорения кузова;

— показатели плавности хода в вертикальном и горизонтальном (поперечном) направлениях;

— коэффициент устойчивости колеса против схода с рельсов;

— коэффициент устойчивости вагона от опрокидывания в кривой под действием боковых сил;

— коэффициент устойчивости вагона в поезде от схода с рельсов в кривой под действием продольных сжимающих и растягивающих сил.

Основными из перечисленных показателей качества хода вагона являются коэффициенты вертикальной и горизонтальной динамики.

Коэффициент вертикальной динамики кузова К _дв определяется по формуле:

где — среднее вероятное значение коэффициента вертикальной динамики; β — параметр распределения, согласно [20] принимается равным 1,0;

Р(К _дв ) — доверительная вероятность, с которой определяется коэффициент вертикальной динамики, согласно [20] принимается 0,97.

При этом среднее вероятное значение определяется по формуле:

где а — коэффициент, согласно [20], равный для элементов кузова 0,05;

в — коэффициент, учитывающий влияние числа осей n в тележке под одним концом экипажа, равный для двухосных тележек в = 1; f _ст — суммарный статический прогиб тележки, м.

Суммарный статический прогиб тележки определяется по формуле:

где f _Ц — статический прогиб центральной ступени подвешивания, м;

f _Б — статический прогиб буксовой ступени подвешивания, м.

Сила, действующая на тележку вагона Р определяется по формуле:

где Q _гр — масса пассажиров с грузом (полезная нагрузка); принимается согласно [20] равной 100 кг на одного пассажира. Из учета населенности вагона в 44 человек, получим Q _гр = 4,4 т; Q _Т — массы тележек моделей 68–921, 68–922. Согласно сборочным чертежам 921.00.00.000СБ и 922.00.00.000СБ разработки АО «ТашВСРЗ», массы тележек 68–921, 68–922 принимаются равными 7,4 т и 6,8 т соответственно; Q _НБ — масса надрессорной балки тележек моделей 68–921 и 68–922. Согласно сборочному чертежу 921.04.00.000СБ разработки АО «ТашВСРЗ», масса надрессорной балки тележек принимается равной 0,62 т; Q _{Р —} масса рамы тележки со шпинтонами моделей 68–921 и 68–922. Согласно сборочному чертежу 921.01.00.000СБ разработки АО «ТашВСРЗ», масса рамы тележки со шпинтонами принимается равной 2,05 т; с _Ц — вертикальная жесткость пружин центрального подвешивания тележки; с _Б — вертикальная жесткость пружин буксового подвешивания тележки.

В соответствии с конструкторской документацией тележки 68–921 разработки АО «ТашВСРЗ» вертикальная жесткость пружин центрального и буксового подвешивания тележки составляют с _Ц = 1466753 Н/м и с _Б = 4290991 Н/м.

Горизонтальный коэффициент динамики кузова К _дг определяется по формуле:

где — среднее значение коэффициента горизонтальной динамики; P(k _дг ) — доверительная вероятность, с которой определяется коэффициент горизонтальной динамики, согласно [20], P(k _дг ) = 0,97.

Таблица 2

Расчетные величины параметров кузова пассажирского вагона

При этом среднее значение коэффициента горизонтальной динамики определяется по формуле:

Подставляя данные в формулу (8), получим = 0,099.

Подставляя данные в формулы (1) и (7), получим коэффициенты вертикальной и горизонтальной динамики кузова пассажирского вагона, результаты которых сведены в таблицу 3.

Таблица 3

Динамические качества пассажирского вагона

Аналогичным образом были определены остальные показатели качества хода вагона. Согласно результатам проведенных теоретических исследований установлено, что показатели качества хода пассажирского вагона модели 61–920 не превышают допускаемых значений и удовлетворяют требованиям [20].

На основании положительных результатов теоретических исследований был построен опытный образец данного вагона. В соответствии с требованиями [18–20] и с целью проверки выбранных параметров пассажирского вагона, были проведены экспериментальные исследования и выполнены испытания по оценке ходовых динамических качеств вагона и воздействие его на железнодорожный путь [23–26]. Проведенный сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований показал их хорошую сходимость, на основании которой можно сделать вывод, что спроектированный вагон обладает высокими показателями хода качества, что создает благоприятные комфортные условия для пассажиров в пути следования.

Литература:

1. Рахимов Р. В. Выбор направлений развития вагонного парка железных дорог Узбекистана / Р. В. Рахимов // Транспорт Российской Федерации. — 2018. — № 1 (74). — С. 71–74.
2. Бороненко Ю. П. Оценка потребности в новых пассажирских вагонах для железных дорог Узбекистана и основные направления их совершенствования / Ю. П. Бороненко, Р. В. Рахимов // Вестник ТашИИТ. — Ташкент, 2009. — № 2. — С. 88–91.
3. Rahimov R. V. Analysis of the state and prospects of the development of the freight wagon fleet of the Republic of Uzbekistan / R. V. Rahimov, Ya.O. Ruzmetov // Non-Ferrous Metals. — 2018. — Vol. 44. — No 1. — P. 7–11.
4. Рузметов Я. О. Перспективы развития вагоностроения в Республике Узбекистан / Я. О. Рузметов, Р. В. Рахимов // Сборник научных трудов VIII Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития вагоностроения». — Брянск: БГТУ, 2019. — C. 147–150.
5. Рахимов Р. В. Состояние и перспективы развития вагонного парка железных дорог Узбекистана / Р. В. Рахимов // Материалы XIII Международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты». — СПб.: ФГБОУ ВО ПГУПС, 2018. — С. 124–128.
6. Рахимов Р. В. Оценка силового воздействия подвижного состава с повышенными осевыми нагрузками на верхнее строение пути железных дорог Республики Узбекистан / Р. В. Рахимов // Материалы XIV Международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты». — СПб.: ФГБОУ ВО ПГУПС, 2019. — С. 269–272.
7. Рахимов Р. В. Оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции верхнего строения пути железных дорог Республики Узбекистан при эксплуатации подвижного состава с повышенными осевыми нагрузками / Р. В. Рахимов // Бюллетень результатов научных исследований. — 2019. — Вып. 3. — С. 67–88.
8. Рахимов Р. В. Расчетное определение показателей воздействия подвижного состава с повышенными осевыми нагрузками на путь в условиях железных дорог Республики Узбекистан / Р. В. Рахимов // Вестник транспорта Поволжья. — 2019. — № 5 (77). — С. 23–33.
9. Рахимов Р. В. Первый узбекский пассажирский вагон дальнего следования / Р. В. Рахимов // Тяжелое машиностроение. — 2010. — № 6. — С. 34–35.
10. Рахимов Р. В. Новый пассажирский вагон купейного типа для железных дорог Узбекистана / Р. В. Рахимов // Известия ПГУПС. — 2010. — № 2. — С. 286–295.
11. Рахимов Р. В. Разработка нового пассажирского вагона для железных дорог Узбекистана / Р. В. Рахимов // Материалы VI Международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты». — СПб.: ПГУПС, 2009. — С. 150–153.
12. Рахимов Р. В. Совершенствование конструкции пассажирской тележки с люлечным подвешиванием модели 68–909 и 68–908 / Р. В. Рахимов, С. В. Хохлов // Материалы VI Международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты». — СПб.: ПГУПС, 2009. — С. 204–205.
13. Расулов М. Х. Проблемы повышения конкурентоспособности отечественных железнодорожных коридоров / М. Х. Расулов, У. Н. Ибрагимов, Р. В. Рахимов // Научные труды Республиканской научно-технической конференции с участием зарубежных ученых «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте». — Ташкент: ТашИИТ, 2013. — С. 14–17.
14. Рахимов Р. В. Новые тележки для пассажирских вагонов производства Ташкентского завода по строительству и ремонту пассажирских вагонов / Р. В. Рахимов, С. В. Хохлов // Известия ПГУПС. — 2010. — № 3. — С. 157–165.
15. Миноваров Р. М. Пассажирские вагоны постройки Республики Узбекистан / Р. М. Миноваров, Р. В. Рахимов // Вестник ТашИИТ. — Ташкент, 2009. — № 3–4. — C. 40–45.
16. Рахимов Р. В. Ходовые части вагонов. Учебное пособие. — Ташкент: Узбекистан, 2018. — 200 с.
17. Рахимов Р. В. Оценка ходовых качеств нового пассажирского вагона модели 61–920 производства Республики Узбекистан / Р. В. Рахимов // Проблемы механики. — 2015. — № 2. — С. 53–56.
18. ГОСТ 55182–2012. Вагоны пассажирские локомотивной тяги. Общие технические требования. — Введ. 01.01.2014. — М.: Стандартинформ, 2013. — 27 с.
19. ОСТ 24.050.16–85. Вагоны пассажирские. Методика определения плавности хода. — Введ. 01.01.1987. — М.: — 14 с.
20. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизированных вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). — М.: ВНИИВ ВНИИЖТ, 1983. — 260 с.
21. Raximov R. V. Introduction of modern technologies in the enterprise SJSRC “O’zbekiston temir yo’llari” / R. V. Raximov, F. S. Galimova // Bulletin of Tashkent State Technical University. — 2015. — No 3. — P. 159–164.
22. Ергашев З. З. Внедрение цифрового прототипа на вагоностроительные предприятия Узбекистана / З. З. Ергашев, Р. В. Рахимов, Ф. С. Галимова // Вестник ТашИИТ. — 2014. — № 2/3. — С. 43–46.
23. Бороненко Ю. П. Анализ методов силового воздействия подвижного состава на путь и систем технического контроля колес при движении поезда / Ю. П. Бороненко, Р. В. Рахимов, Р. Ю. Григорьев, В. В. Попов // Известия Петербургского университета путей сообщения. — СПб.: ПГУПС, 2020. — Т. 17. — Вып. 3. — С. 324–344.
24. Бороненко Ю. П. Экспериментальное определение боковых нагрузок от взаимодействия колеса с рельсом / Ю. П. Бороненко, Р.В. Рахимов // Транспорт Российской Федерации. — 2019. — № 6 (85). — С. 50–53.
25. Бороненко Ю. П. Измерение боковых нагрузок от колес на рельсы / Ю. П. Бороненко, Р.В. Рахимов // Транспорт Российской Федерации. — 2019. — № 4 (83). — С. 45–50.
26. Бороненко Ю. П. Апробация нового метода измерения вертикальной нагрузки от колеса на рельс / Ю. П. Бороненко, Р.В. Рахимов, Д.А. Сергеев, Л.В. Цыганская, А.А. Романова // Транспорт Российской Федерации. — 2019. — № 1 (80). — С. 56–59.