Оптмизация динамических характеристик и повышения энергоэффективности аварийно-восстановительных автомотрис

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. Индустриальное развитие в мире привело к тому, что вопросы надежности эксплуатации железнодорожной техники путем модернизации при капитальном ремонте отдельных конструктивных узлов с продлением срока полезного использования, являются актуальными. На сегодняшний день продолжается процесс естественного старения, как самой инфраструктуры железнодорожного транспорта, так и его подвижного состава, износ которого зачастую превышает 742 - 80%*. В развитых странах мира, таких как Швейцария, Германия, Австрия, уделяется особое значение модернизации и проектированию механических конструкцией подвижного состава, что способствует энерго- и ресурсосбережению, а также продлению срока их эксплуатации. За годы независимости особое внимание уделяется качественному развитию железнодорожного транспорта, являющемуся одной из важнейших отраслей экономики и способствующих повышению её техникотехнологического уровня на основе современных требований. За прошедший период в результате целенаправленных мер были достигнуты определённые успехи, в том числе использование новых высокоэффективных локомотивов для перевозки пассажиров и грузов, уменьшение потребления дизельного топлива и электроэнергии, увеличение сроков действия всех видов и модификаций железнодорожного подвижного состава, уменьшение количества внеплановых ремонтов. На сегодняшний день перед железнодорожной отраслью страны стоят такие важные, отмеченные в Стратегии действий задачи, осуществляемые в 2018-2021 годах, как: модернизация, техническое и технологическое обновление производства, активная инвестиционная политика, направленной на решение транспортнокоммуникационных и социально-инфраструктурных проектов, ... в сфере экономики ... уменьшение потребления энергии и ресурсов, широкое привлечение в производство энергосберегающих технологий. В этой связи оптимизация динамических характеристик и повышение энергоэффективности аварийно-восстановительных автомотрис занимает особое место. В мире особое внимание придаётся осуществлению целевым исследованиям, направленным на повышение прочности и надежности выпускаемых железнодорожных транспортных средств, подвижного состава. В этом смысле немаловажное значение имеет осуществление модернизации, обновления и продления срока службы железнодорожного подвижного состава, а также выбор оптимальных динамических характеристик для специального подвижного состава, обоснованных эффективными техническими решениями с учётом критериев прочности и надежности, в том числе научные исследования по разработке эффективной конструкции гидравлического гасителя колебаний железнодорожного транспортного средства и новой методики эквивалентного изменения систем дифференциальных уравнений и алгоритмов. Данная диссертационная работа в определенной степени внесет свой вклад для осуществления поставленных задач в Постановлении Президента Республики Узбекистан №ПП-1074 от 18 марта 2009 года «О комплексной программе развития и модернизации железнодорожной отрасли на 2009-2013 годы», Указа Президента Республики Узбекистан №УП-4947 от 7 февраля 2017 года «О Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан» и №1446 от 21 декабря 2010 года «Об ускорении развития инфраструктуры, транспортного и коммуникационного строительства в 2011 -2015 годах» а также в нормативно-правовых документах в данной сфере. Целью исследования является разработка способа модернизации автомотрис АДМ-1 при капитальном ремонте с целью улучшения динамических характеристик и повышения прочности и надежности, а также повышения энергоэффективности. Научная новизна исследования заключается в следующем: создана новая методика эквивалентного преобразования систем дифференциальных уравнений и алгоритмов для математической модели, изображающей вертикальные и горизонтальные колебания автомотрис типа АДМ (АДМ-1); разработан аналитико-численный метод расчета на динамическую прочность несущего каркаса рамы аварийно-восстановительной автомотрисы АДМ (АДМ-1) по схеме балочного типа с упругим защемлением концов при действии гармонической нагрузки, при её движении по пути с периодической стыковой неровностью; обоснованы следующие методы оптимизации выбора рациональных динамических характеристик для специального самодвижущегося подвижного состава с учетом критериев прочности, надежности и энергоэффективности: минимум уровня амплитуд, ускорений, максимум модульного значения показателя экспоненты критической скорости движения, а также минимум среднеквадратической ошибки; создана эффективная конструкция гидравлического гасителя колебаний для гашения колебаний железнодорожного транспортного средства; Заключение На основе результатов исследований, проведенных по теме «Оптимизация динамических характеристик и повышения энергоэффективности аварийно-восстановительных автомотрис» диссертации доктора философии (PhD) по техническим наукам, представлено следующее заключение: 1. На основании проведенного обзора научно-технической и патентной литературы установлено, что основным средством механизации работ в хозяйстве электрификации и электроснабжения являются автомотрисы, дрезины и специальные машины, которые предназначены для доставки ремонтного персонала к месту производства подъема в зону работ, и механизации основных технологических операций при монтаже, техническом обслуживании и ремонте устройств контактной сети и воздушных линий, смонтированных на опорах контактной сети, а также при выполнении аварийно-восстановительных работ на контактной сети и воздушных линиях. 2. На основании анализа наличие изгибных и крутильных колебаний кузовов, их несущих рам, рессорного подвешивания и ходовой части приводит к резкому снижению показателей усталостной прочности и надежности конструкций. В связи с этим при проводимой модернизации специального самоходного подвижного состава должна быть обеспечена достаточная жесткость усиливаемых механических узлов и деталей, чтобы обеспечить их надежную эксплуатацию в последующие 8-12 лет в подразделениях АО «Узбекистан темир йуллари». 3. Разработаны: метод расчета на прочность при действии квазистатических нагрузок на раму автомотрисы АДМ-1 и аналитикочисленный метод расчета на динамическую прочность несущего каркаса рамы аварийно-восстановительной автомотрисы в предположении её колебаний по схеме балочного типа с упругим защемлением концов при действии гармонической нагрузки, при её движении по пути с периодической стыковой неровностью. 4. Разработаны алгоритм расчета и программа для моделирования напряженно-деформированного состояния рамы автомотрисы АДМ-1 для среды MathCadl4; приведены результаты численного исследования по напряженно-деформированному состоянию несущего каркаса рамы автомотрисы; проиводится обоснование выбора рациональных критериев для оценки динамической прочности, надежности и прогнозируемого ресурса работы рамы автомотрисы АДМ-1 с усиливающими накладками. Расчет выполнен для модернизации рамы автомотрисы АДМ (АДМ-1) с целью продления срока её эксплуатации и улучшения динамических качеств. 5. Установлено, что введение усиливающих накладок при модернизации в конструкцию рамы аварийно-восстановительной автомотрисы снижает изгибающие напряжения в раме на 10-42% в зависимости от скорости движения (соответственно с 31 МПа до 28 МПа при скорости движения 90 км/час - 11,07 %). 6. Обоснованность полученных результатов работы, их научная новизна, практическая и экономическая значимость подтверждается внедрением их в Управление железнодорожной техники машин и механизмов АО «Узбекистан темир йуллари», а также в учебный процесс Ташкентского института инженеров железнодорожного транспорта. 7. По разработанной «Инструкции по усилению деталей главной рамы автомотрисы дизельной монтажной АДМ-1 при капитальном ремонте с продлением срока службы в условиях УП «O’ztemiryo’lmashta’mir» АО «Узбекистан темир йуллари» выполняется капитально-восстановительный ремонт автомотрис типа АДМ (АДМ-1) с продлением срока их полезного использования до 12 лет, что даст возможность получить экономический эффект в размере 16,2022415 долларов США.