Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ВЛИЯНИЕ ФАКТОРА РЕЛАКСАЦИИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОГЛОЩАЮЩЕГО АППАРАТА С ПОЛИМЕРНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Жиров П.Д. 1
1 ГОУ ВПО «Брянский государственный технический университет», Брянск, Россия
Получено математическое описание одного из малоизученных на подвижном составе эксплуатационного фактора – фактора релаксации комплекта полимерных элементов. Данное описание внедрено в математическую модель современного поглощающего аппарата автосцепки ПМКП-110, и даны рекомендации по его применению. Для изучения фактора релаксации полимерных элементов проводились статические натурные испытания, заключающиеся в серии нагружений с различными интервалами времени до заданного уровня сил. Далее строилась точечная диаграмма зависимости деформации от времени между нагружениями и по методу наименьших квадратов находились параметры теоретической зависимости. В ходе эксперимента также было установлено время релаксации системы, равное 2,43 мин. Показано, что при максимальной деформации (ε_(0 )=0,301) накопление остаточной деформации останавливается, если время ожидания превышает 20–30 минут. Для подтверждения полученных параметров проводились стендовые ударные испытания.
поглощающий аппарат
релаксация
полимерные элементы
1. Бартенев Г.М. Физика полимеров / Г.М. Бартенев, С.Я. Френкель. - Л. : Химия, 1990. - 432 с.
2. Болдырев А.П. Научные основы совершенствования поглощающих аппаратов автосцепки : дисс. ... д-ра. техн. наук. - Брянск, 2006. - 360 с.
3. Кеглин Б.Г. Повышение эффективности комбинированных фрикционных поглощающих аппаратов на базе ПМК-110А / Б.Г. Кеглин [и др.] // Проблемы механики железнодорожного транспорта: динамика, прочность и безопасность движения подвижного состава : тез. докл. XI междунар. конф. - Днепропетровск : ДИИТ, 2004.
4. Тейтельбаум Б.Я. Термомеханический анализ полимеров. - М. : Наука, 1979. - 236 с.
5. Strobl G. R. The Physics of Polymers - 3-rd ed. - Springer, 2007. - 518 p.
Одними из важнейших задач для модернизации российского подвижного состава являются повышение эффективности и безопасности грузоперевозок, а также обеспечение сохранности вагонного парка. Основным элементом конструкции вагона, обеспечивающим защиту от продольных воздействий в эксплуатации вагонов и грузов, является амортизатор удара (поглощающий аппарат автосцепки).

В последнее время появились новые типы аппаратов класса Т1 и Т2 с полимерными рабочими элементами. Опыт эксплуатации подобных аппаратов показал, что их характеристики существенно зависят от эксплуатационных факторов [2], в число которых входит фактор релаксации полимеров.

В ходе эксплуатации поглощающий аппарат испытывает постоянные соударения как при маневровых операциях (с относительно большим интервалом времени и большой деформацией), так и при поездных режимах (в относительно малые промежутки времени и с малым ходом). Релаксационный режим деформирования полимеров способствует снижению деформации во времени и при достаточно малом времени между деформациями может привести к появлению остаточной деформации. При повторениях подобного цикла

Рис. 1. Накопление остаточных деформаций при последовательных циклах нагружение - разгружение.

нагружения и отдыха картина окажется точно такой же, однако каждый новый цикл будет начинаться не от нуля, а от уровня, отличающегося от предыдущего на величину εост. Таким образом, остаточные деформации будут накапливаться (рис. 1) [4]. Накопление остаточной деформации может негативно сказываться на работе поглощающего аппарата за счет снижения начальной затяжки. При достаточно большом накоплении остаточных деформаций подпорный блок может перестать поддерживать клиновую систему и произойдет резкое падение характеристик амортизатора.  

Рис. 2. Схема модели Кельвина-Фойгта.

Механическая модель подпорного блока полимерных элементов, применяемых в поглощающих аппаратах, достоверно описывается моделью Кельвина-Фойгта (рис. 2). Снижение деформации после снятия нагрузки по модели представляется экспоненциальной зависимостью [1; 5]:

,

где τ - время релаксации системы, т.е. время, в течение которого деформации в системе уменьшатся в e (2,718) раз, ε0 - относительная начальная деформация. Таким образом, можно ввести в математическую модель аппарата зависимость начальной затяжки от времени, как сумму накопленной остаточной деформации.

Для учета фактора релаксации необходимо установить время релаксации системы τ, а также найти время, при котором накопление остаточной деформации отсутствует.

С этой целью были проведены экспериментальные исследования.

 

Рис. 3. Схема испытания.

Комплект полимерных элементов собирался в специальном приспособлении, имитирующем начальную затяжку в поглощающем аппарате (рис. 3). Проводилась серия статических нагружений с записью силовой характеристики полимерного комплекта. Эксперимент предусматривал 13 нагружений до ограничивающей силы с интервалами 3, 5, 10, 20, 30 минут, 1, 2, 6, 12 часов, 1 сутки, 3 суток, 1 неделя. Элементы были предварительно прожаты, чтобы исключить влияние пластической деформации.

По результатам эксперимента построена точечная диаграмма зависимости деформации при силе 400 кН от времени между нагружениями (рис. 4). Время релаксации системы τ=2,43 минуты. Установлено, что при максимальной деформации комплекта ( ) накопление остаточной деформации останавливается, если время ожидания превышает 20-30 минут.

ε

 

Рис. 4. Зависимость деформации блока полимерных элементов от времени между нагружениями.

Для подтверждения результатов статических испытаний были проведены динамические ударные испытания, имитирующие маневровые операции. На рис. 5 приведены силовые характеристики подпорного полимерного блока поглощающего аппарата ПМКП-110 [3] при двух одинаковых скоростях нагружения с перерывом между соударениями 30 минут.

время, мин

Рис. 5. Силовые характеристики подпорного блока:

- первое нагружение, • • • повторное нагружение через 30 минут.

По полученным данным можно сделать следующие выводы.
  1. Так как время прекращения накопления остаточной деформации не превышает 30 минут при максимальной деформации, то фактор релаксации от маневровых соударений можно не учитывать (время между прохождениями горок составляет примерно 24 часа).
  2. При повторных ударах в полимерных аппаратах автосцепки необходимо учитывать фактор релаксации полимера, как снижение начальной затяжки аппарата. Начальная затяжка аппарата:

,

где x0 - начальная затяжка аппарата (мм), Нк - высота комплекта полимерных элементов (мм), t - время между нагружениями, мин.

Рецензенты:

  • Болдырев А.П., д.т.н., профессор, зав. кафедры «Динамика и прочность машин», ГУП ВПО «Брянский государственный технический университет», г. Брянск.
  • Кеглин Б.Г., д.т.н., профессор, научный руководитель ООО «НПП Дипром», г. Брянск.

Работа получена 11.11.2011


Библиографическая ссылка

Жиров П.Д. ВЛИЯНИЕ ФАКТОРА РЕЛАКСАЦИИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОГЛОЩАЮЩЕГО АППАРАТА С ПОЛИМЕРНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=4947 (дата обращения: 18.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074