Свързани термини:

  • Тяга
  • Железопътна линия
  • Дерайлиране
  • Крепежни елементи
  • Съпротивление при търкаляне
  • Проектно натоварване
  • Товароносимост

Изтеглете като PDF

За тази страница

Прехвърляне на тегло и товари на колелата

Резюме

Въвежда се концепцията за прехвърляне на тегло. Случаят с постоянно ускорение се разглежда първо като се занимава с ускорение, спиране и завиване. Статичните натоварвания на колелата, които се отнасят без ускорение, се отделят. След това се обмисля ефектът от твърдостта на шасито, който променя начина на разпределение на теглото. Въвежда се фактор за съотношението на разпределението на теглото отпред към задната част. След това се разглежда случаят на комбинирано ускорение и се разработва решение за електронни таблици за общия случай. Обяснява се преходното прехвърляне на теглото и се изследва фактът, че прехвърлянето на тегло идва както от пружинирана, така и от непружинена маса. Има учебни проекти, въпроси и насочено четене, предлагани за по-нататъшно изучаване.

Релсова гофриране *

11.4.2 Причина

Механизмът за фиксиране на дължината на вълната за гофриране на леки релси е същият като този за гофриране при тежки тегления: резонанс на неподвижната маса на превозното средство върху твърдостта на коловоза, възбудена предимно от неправилни заварки. В този случай критичните превозни средства бяха идентифицирани като локомотиви, които имаха относително голямо статично натоварване на колелата (около 11 тона) и висока маса без пружини. 12 Механизмът на повреда беше показан като изход на релсите при огъване, което доведе до пълна деформация на сечението (или „осакатяване“) на релсата. Релсовата стомана, използвана по това време за релсите от 47 kg/m и 53 kg/m, е имала относително висока якост на опън и ниска якост на провлачване, така че натоварването, необходимо за предизвикване на пластмасово огъване, е било по-ниско от това, необходимо за причиняване на пластична деформация на работата -втвърден повърхностен слой. За повечето видове релсова стомана пластичното огъване се получава при много по-големи натоварвания от пластмасовия поток. Сравнително широкият диапазон от дължини на вълните възниква от различните скорости и типове превозни средства: където те са били постоянни, дължините на вълните също са последователни.

ПРИЧИНА И ЕФЕКТИ НА ИЗМЕНЕНИЕТО НА НАТОВАРВАНЕТО НА КОЛЕСИТЕ ВЪВ ВИСОКОСКОРОСТНАТА РАБОТА

5.2 Резултат от теста на предложената структура

Изпитвателен участък от новопредложената пистова конструкция беше положен на Токайдо Шинкансен между септември и октомври 1972 г. Този участък беше тестван с използване на тестови автомобил тип 951 и масово произвеждани автомобили през ноември и декември 1972 г. Получените резултати са дадени в следното:

Вертикалните измествания на релсата са както е показано на фиг. 15. Фигурата показва, че е реализирана очакваната стойност на константата на пружината на коловоза 91,2t/cm.

статично

Фиг. 15. Вертикално изместване на релсата

Стандартните отклонения на съотношението на вариацията на натоварването на колелата към статичното натоварване на колелата са показани на фиг. 16. Фигурата показва, че при скорост от 200 km/h стандартното отклонение за подобрената коловозна структура е намалено с 40% от това за съществуващата коловозна структура и над скоростта от 200 km/h разликата е почти същата за талигата от тип DT 9011, но става по-малък за талигата от тип DT 9012.

Фиг. 16. Съотношение на отклонението на динамичното натоварване на колелата към статичното натоварване на колелата (измерено от лаборатория за структурата на автомобила)

Подобрената структура намали вибрационните ускорения на връзката, баласта и въздушната структура от една четвърт на една пета от тези в съществуващите конструкции.

Шумът под въздушната конструкция е намален с 8 dB (A) с помощта на подобрената коловозна структура.

Периодичните инспекции след изпитванията показват, че влошаването на баласта значително намалява с използването на подобрената структура.

РАЗРАБОТВАНЕ НА АНАЛИТИЧНИ МОДЕЛИ ЗА ДИНАМИКА НА ЖЕЛЕЗОПЪТНАТА ПЪТЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Аналитични модели на коловозни конструкции са разработени въз основа на линейна теория и в близкото минало тези модели са били използвани при сравнителни анализи на взаимодействието между автомобила и коловоза в резултат на вариациите на структурните параметри. Измерванията на динамичната реакция на коловоза показват някои области на добро съгласие между модела и действителната структура, както и някои области в моделите, които се нуждаят от модификация и усъвършенстване. По-конкретно:

Линейната теория може да осигури сравнително добра оценка на цялостната твърдост на коловоза (максимално отклонение при статично натоварване на колелата на тежко релсово превозно средство), но скоростта на допирателната пружина може да варира от 0,3 до 2,0 пъти изчислената твърдост за очаквания диапазон на натоварванията на колелата. Симулираната твърдост може да бъде обработена най-добре чрез нелинейна функция K r = C K P, където CK е крива, подходяща за член.

Демпфирането на коловоза във вертикален режим изглежда сравнително високо, вероятно 50 до 100 процента от критичното демпфиране въз основа на естествената честота на коловоза. При моделирането на демпфиране на коловоза, линейна хистерезисна функция, с висок коефициент на загуба, изчислен за естествената честота на коловоза, вероятно ще отговаря най-добре на действителния импеданс на коловоза.

За да се осигури точен модел на „удар“, необходим за изчисляване на по-високочестотните сили на колело-релса в съединенията и други повърхностни аномалии, трябва да се използва честотно-зависим модел на маса, за да се симулират силно локализирани ефекти в самата релса. Явленията с по-ниска честота могат да бъдат симулирани адекватно чрез ефективната маса на непрекъснатия лъч върху еластична основа.

Проектиране и използване на материали

2.6 Умора

Поведението на листовите материали в условия на постоянно колебаещ се стрес или деформация е от решаващо значение за структурата на жизненото тяло, независимо дали е с висока или ниска честота. Умората от висок цикъл е по-описателна за съществуващите условия, например в непосредствена близост до отделението на двигателя, докато условията с нисък цикъл представляват тези, предизвикани от гърбици и неравности, срещани при движение по пътя. И двете се оценяват много внимателно при първоначалната инженерна процедура за избор, като поведението с висок цикъл се определя с криви на Wohler S – N, често използвани като входни данни за CAD програми за проектиране (вж. Фигура 2.22). Стоманите обикновено дават ясно дефинирана граница на умора, под която компонентите могат да бъдат проектирани с относителна безопасност. Въпреки това, алуминият дава стабилно намаляване на напрежението с времето. Както е описано в Глава 5, трябва да се обърне внимание при използването на укрепване на студена работа - умората с нисък цикъл може да предизвика прогресивно циклично омекотяване, което може да противодейства на укрепването, развито от стареене на деформация, както и студена деформация.

ФИГУРА 2.22. Оценка на умората: а) терминология за цикличен стрес; (б) диаграма S – N; в) криви на деформация/живот; (г) динамични криви на напрежение/деформация; д) диаграми за ограничаване на умората

Поведението на даден дизайн е много трудно да се предскаже поради комбинацията от естеството на характеристиките на материалите и сложността на конструктивните характеристики, произтичащи от всички форми на тялото (което може да доведе до концентрации на стрес). Следователно, въпреки обширните измервания и програми за предсказване, единственият верен начин за определяне на чувствителността на дадена конструкция към циклично поведение е тестването на оборудване. Това може да бъде под формата на просто прилагане на натоварване с натискане или да се разшири до симулирани движения с четири плаката, задействани от сигнали, събрани при трудни тестове на пистата. Изпитванията с издърпване, дори от прост тип изпитване на опън, трябва да се извършват внимателно, за да се избегнат изкривяващи ефекти, които могат да ограничат обхвата на дебелините, за които могат да се използват тези изпитвания. Изгодно е, ако инвестицията може да бъде направена в хидравлични съоръжения, необходими за пълната симулация на платформата, тъй като това са единствените реалистични средства за откриване на слабости, склонни към циклична повреда, освен, разбира се, ускорените пистови тестове върху неравен терен.

Слабостите могат да бъдат идентифицирани чрез прилагане на техники за стрес лак или подобни и модифициране, извършено чрез локално укрепване. Ефектът от свойствата на материала е спорен, тъй като отново се твърди, че характеристиките на тялото ги отричат. По-специално, в случай на заварени съединения, много проучвания показват, че при стоманите с висока якост прорезите, свързани с геометрията на заварката, преодоляват всеки ефект поради здравината на материала.

По-обширното описание на процеса на умора и дизайна на тялото, което следва, е възпроизведено от Лек електрически/хибриден дизайн на автомобила 5 и представя кратко резюме на факторите, които определят устойчивостта на умора, и се отнася до повечето структури на тялото.

2.6.1 Проектиране срещу умора

Динамичните фактори също трябва да бъдат вградени за структурно натоварване, за да се даде възможност за пътуване по неравни пътища. Трябва да се вземат предвид и комбинации от инерционни натоварвания поради ускорение, спиране, завиване и извиване. Значителни банки от данни за натоварването на пътищата са изградени от тестващи организации и са записани писмени доклади от MIRA и други. Освен нормалните натоварвания, които се отнасят до две колела, движещи се по вертикално препятствие, трябва да се вземе предвид и случаят на единичната колела, която причинява усукване на конструкцията. Въртящият момент, приложен към конструкцията, се приема, че е 1,5 пъти статичното натоварване на колелата × половината от коловоза на оста. В зависимост от височината на удара, индивидуалното статично натоварване на колелата може да варира до стойността на общото натоварване на оста.

Границата на умора при обратното огъване обикновено е с около 25% по-ниска, отколкото при обърнато напрежение и компресия, поради, както се казва, градиентът на напрежението - а при обратното усукване тя е около 0,55 пъти границата на умора на опън. Честотата на обръщане на стреса също влияе върху границата на умората - става все по-висока с увеличаване на честотата. Емпирична формула, дължаща се на Гербер, може да се използва в случай на стомани, за да се оцени максималното напрежение по време на всеки цикъл при границата на умора като R/2 + (σu2 - nRσu) 1/2, където σu е крайното напрежение на опън и n е a константа на материала = 1,5 за мека и 2,0 за стомана с висока якост. Тази формула може да се използва за показване на максималното циклично напрежение σ за мека стомана, увеличаващо се от една трета крайно напрежение при обърнато натоварване до 0,61 за многократно натоварване. Пренареждането и опростяването на формулата от Гудман води до линейна връзка R = (σu/n) [1 - M/σu], където M = σ - R/2. Изгледът в (д) също показва относителните криви в диаграмата на Гудман или Гербер, често използвани при анализ на умората. Ако стойностите на R и σu бъдат открити чрез тестове за умора, тогава границите на умора при други условия могат да бъдат намерени от тези диаграми.

Когато структурен елемент е натоварен за поредица от цикли n1, n2 ... при различни нива на напрежение, със съответния живот на умора на всяко ниво N1, N2 ... цикли, може да се очаква повреда при Σn/N = 1 съгласно закона на Майнер. Експериментите показват, че този фактор варира от 0,6 до 1,5 с по-високи стойности, получени за последователности от нарастващи натоварвания.