Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электрогидроимпульсный эффект для динамических испытаний вагонов. Монография

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 121 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

К.К. Ким, Н.А. Колосовская

ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНЫЙ

ЭФФЕКТ ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ

ИСПЫТАНИЙ ВАГОНОВ

Монография

Москва

Ай Пи Ар Медиа

2023

УДК 625 ББК 39.2 К40

Авторы:

Ким К.К. — д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой

электротехники и теплоэнергетики ПГУПС;

Колосовская Н.А. — канд. техн. наук, доц. кафедры

электротехники и теплоэнергетики ПГУПС

Рецензент:

Иванов С.Н. — д-р техн. наук, доц., проф. кафедры

электромеханики Комсомольского-на-Амуре

государственного университета

Ким, Константин Константинович.

К40 Электрогидроимпульсный эффект для динамических испытаний ваго-

нов : монография / К.К. Ким, Н.А. Колосовская. — Москва : Ай Пи Ар Медиа, 2023. — 120 с. — Текст : электронный.

ISBN 978-5-4497-2512-7

Электрогидроимпульсный эффект неуклонно завоевывает новые области

применения в науке и техники. Это стало возможно из-за уникальных свойств искрового разряда, произведенного в жидкости. Две характеристики: «быстрая» — ударная волна и «медленная» — гидродинамическое течение, позволяют использовать данный эффект для получения силового воздействия на объект. Авторы в течение 20 лет разрабатывали уникальные электрогидроимпульсные установки, предназначенные для разрушения скальных пород, утилизации старых железобетонных изделий, для быстрого отключения энергообъекта при аварийных ситуациях, сварки разнородных металлов взрывом, обеспечения безопасности акватория портов от подводных террористов, для создания кумулятивного эффекта в артиллерийских снарядах, для имитации силового воздействия глубинных бомб на корпус субмарины (вместо шнуровых зарядов), для создания критической массы в ядерном боеприпасе.

В данной монографии представлены результаты последней разработки, а именно, использование данного эффекта для динамических прочностных испытаний железнодорожных вагонов.

Предназначена для научных работников, инженеров и студентов, занимающихся исследованиями в области электрогидроимпульсного эффекта.

Научное электронное издание

ISBN 978-5-4497-2512-7 © Ким К.К., Колосовская Н.А., 2023 © ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2023

Научное издание

Ким Константин Константинович

Колосовская Нинель Алексеевна

Издано в авторской редакции

Технический редактор, компьютерная верстка Т.П. Устьянцева

Обложка С.С. Сизиумовой

Подписано к использованию 01.11.2023. Объем данных 7 Мб.

ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа»

8 800 555 22 35 (бесплатный звонок по России)

E-mail: sale@iprmedia.ru

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 6

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЯ ВАГОНОВ И

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОГИДРОМПУЛЬСНОМУ ЭФФЕКТУ ............... 8

1.1. Испытания вагонов............................................................................................... 8

1.2. Методы реализации электрогидроимпульсного эффекта .............................. 16

1.3. Математические модели электрогидроимпульсных процессов ................... 23

1.4. Электрогидроимпульсная установка ................................................................ 25

Выводы ....................................................................................................................... 35

ГЛАВА. 2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНЫХ ПРОЦЕССОВ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ

ДЕЙСТВИЕМ ПАРОГАЗОВОЙ ПОЛОСТИ ........................................................ 36

2.1. Оценка параметров системы получения импульсно-периодических механических нагрузок с передаваемым механическим импульсом

(2-4)105 Н·м на основе электрогидравлического эффекта .................................. 36

2.2. Описание модели ................................................................................................ 38

Выводы ....................................................................................................................... 49

ГЛАВА 3. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ........................................................ 50

3.1. Расчет схемы нагружения при изначальном контакте штока с вагоном ..... 50

3.2. Расчет схемы разрядной камеры с двойной перегородкой ............................ 57

3.3. Расчет схемы нагружения с промежуточной массой поршня ....................... 64

3.4. Оценка возможности создания источника ударных воздействий ................ 73

Выводы ....................................................................................................................... 75

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЯ СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

УДАРНОЙ ВОЛНЫ .................................................................................................. 76

4.1. Математическая модель ударных процессов в жидкости .............................. 76

4.2. Исследование влияния напряжения на характеристики

электрогидроимпульсного процесса ....................................................................... 84

4.3. Исследование влияния индуктивности и емкости разрядного контура

на характеристики электрогидроимпульсного процесса ..................................... 87

4.4. Исследование влияния длины межэлектродного промежутка на

характеристики электрогидроимпульсного процесса .......................................... 88

4.5. Конструктивные решения для отвода ударной волны от поршня ............... 92

Выводы ....................................................................................................................... 96

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НА МОДЕЛИ УДАРНОГО

ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНОГО СТЕНДА ...................................................... 97

5.1. Обоснование достоверности результатов экспериментальных исследований и определение требуемых значений параметров

экспериментальной установки ................................................................................. 97

5.2. Разработка конструкции и изготовление модели

электрогидроимпульсной установки ..................................................................... 100

5.3. Экспериментальное исследование силовых характеристик ....................... 108

Выводы ..................................................................................................................... 111

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................... 112

БИБЛИОГРАФИЯ ................................................................................................... 113

ВВЕДЕНИЕ

Давно открытый электрогидроимпульсный эффект (эффект Юткина)

неуклонно завоевывает новые области применения в науке и техники. Это стало возможно из-за уникальных свойств искрового разряда, произведенного в жидкости. Две характеристики: «быстрая» — ударная волна и «медленная» — гидродинамическое течение, позволяют использовать данный эффект для получения силового воздействия на объект.

Авторы в течение 20 лет разрабатывали уникальные электрогидроимпульсные установки, предназначенные для разрушения скальных пород, утилизации старых железобетонных изделий, для быстрого отключения энергообъекта при аварийных ситуациях, сварки разнородных металлов взрывом, обеспечения безопасности акватория портов от подводных террористов, для создания кумулятивного эффекта в артиллерийских снарядах, для имитации силового воздействия глубинных бомб на корпус субмарины (вместо шнуровых зарядов), для создания критической массы в ядерном боеприпасе.

Вагоны на железнодорожном транспорте являются ключевым звеном, так как они выполняют главную роль в перевозке грузов и пассажиров. При создании новых железнодорожных вагонов, определении индивидуального срока эксплуатации вагонов существует необходимость в проведении динамических испытаний для получения достоверной информации о техническом состоянии вагона. К такому типу испытаний, в частности, относятся испытания на соударение вагонов и испытания на ограниченный ресурс. Для проведения этих испытаний в настоящее время используются стенды-горки, которые представляют собой горизонтальный рельсовый путь, состыкованный с наклонным участком длиной ~45 м, на который поднимают с помощью лебедки вагон-боек. Стенд-горка занимает большую площадь, что делает затруднительным его сооружение в пределах вагоноремонтных заводов, вагонных депо, на производственных площадях небольших компанийперевозчиков, возникновение которых является характерной чертой проводимой реформы железнодорожного транспорта РФ.

Регулировка силы соударения на стенде-горке производится путем изменения высоты спуска вагона-бойка. Погрешность получения силы требуемого

значения по нормативным данным составляет не менее 3 %, в реальных условиях погрешность достигает 10 %.

Одним из возможных путей решения проблемы является создание стенда, аналогичного по характеру воздействия на испытуемые вагоны со стендомгоркой, но лишенного перечисленных недостатков. Здесь сила механического воздействия на автосцепку испытуемого вагона получается с помощью импульсных гидродинамических сил, которые возникают при электрическом разряде в жидкости (электрогидроимпульсный эффект), с последующей передачей указанных сил посредством поршня на автосцепку испытуемого вагона.

Исследования показали, что с помощью электрогидроимпульсного эффекта, можно обеспечить варьирование импульса силы, воздействующего на испытуемый вагон, в диапазоне от 52,2 кН·с до 313,3 кН·с. При этом значение ударной силы находится на уровне F = 3,5 МН при длительности импульса

0,01–0,1 с.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЯ

ВАГОНОВ И ПРЕДЛОЖЕНИЕ

ПО ЭЛЕКТРОГИДРОМПУЛЬСНОМУ ЭФФЕКТУ

1.1. Испытания вагонов

Грузовые и пассажирские вагоны представляют собой сложную механическую систему, на которую при движении ее по железнодорожному пути действуют разнообразные эксплуатационные нагрузки, носящие, как правило, случайный характер. На грузовые вагоны действуют силы при погрузке и разгрузке, особенно при разгрузке на вагоноопрокидывателях и при применении специальных навесных вибраторов, а также при подъеме кузова домкратами при ремонте вагонов. Определить нагрузки статически не представляется возможным, расчетным путем можно лишь приближенно определить с рядом допущений в расчетных схемах параметры вагона и размеры его отдельных деталей и исследовать напряженно-деформированное состояние его отдельных узлов и элементов. Некоторые элементы вагона вследствие их конструкционной сложности или действия нагрузок, носящих случайный характер, вообще не рассчитываются, а их размеры и прочность определяются только на основании экспериментальных данных путем измерения напряжений в элементах натурного вагона с помощью тензодатчиков и сравнения измеренных напряжений с допускаемыми.

Для создания рациональной, долговечной и надежно работающей конструкции вагона с хорошими динамическими качествами и с хорошими показателями воздействия его на железнодорожный путь наряду с теоретическими расчетными исследованиями предусмотрены обязательно экспериментальные исследования. Экспериментальные исследования проводятся также с целью дальнейшего развития теории проектирования, изучения особенностей поведения вагона в эксплуатации, особенно при высоких скоростях движения. Экспериментальные исследования необходимы также при разработке новых теоретических методов исследования прочности и динамики вагонов.

Эксперименты проводятся в лабораторных условиях на моделях, стендах, натурных и опытных образцах вагона по специальной программе, которая составляется в соответствии с государственным стандартом. Испытания вагонов подразделяются на лабораторные, стендовые, динамические (ходовые), по воздействию вагонов на путь, эксплуатационные с натурными вагонами на эксплуатируемых участках железнодорожного пути или на специальных опытных

(испытательных) полигонах [11, 42, 47, 79]. При лабораторных испытаниях проводится сопоставление результатов расчетов и испытаний вагонов с целью уточнения расчетной схемы проектируемого вагона в целом или его отдельных узлов и деталей и оптимизации технико-экономических параметров будущего вагона. Применяемое при лабораторных испытаниях оборудование разнообразно, выбор его зависит от поставленных перед испытателем конкретных задач, которые необходимо исследовать в процессе проектирования и отработки конструкции вагона в целом.

Для определения срока эксплуатации, технических характеристик, например, после ремонта, вагон подвергается динамическим испытаниям, таким как испытания на соударение вагонов, сбрасывания экипажа с клиньев и ударным, для оценки остаточного ресурса. Для этого применяются специальные стенды или испытания проводятся с помощью локомотива. Стендовым испытаниям подвергаются узлы, целые опытные конструкции вагона. В практике отечественного и зарубежного вагоностроения применяется следующее стендовое оборудование для испытания вагонов:

1. Стенды и катковые станции различной конструкции для изучения ко-

лебаний вагона в целях отработки типа и параметров рессор и гасителей колебаний вагонов. Более современные совершенные стенды оборудованы специальными устройствами, с помощью которых можно управлять возбуждением колебаний вагона в вертикальной и горизонтальной плоскостях по заданной программе.

2. Передвижной стенд-вагон (опытный вагон) с переменными массами, мо-

ментами инерции, положением центра массы вагона, а также с тележками, в которых могут быть смонтированы гасители колебаний различного вида для гашения амплитуд вынужденных колебаний вагона (фрикционные, гидравлические).

3. Стенды для снятия параметров, характеристик, а также для испытания

и проверки работы фрикционных и гидравлических гасителей колебаний.

4. Стенды-копры для ударных испытаний поглощающих аппаратов авто-

сцепки. При нанесении одиночных и повторных ударов на них можно измерять также энергоемкость поглощающих аппаратов и определять их силовые характеристики.

5. Стенды «Горка» (табл. 1.1) для испытания натурных вагонов на соуда-

рение с целью уточнения расчетных схем нагружения элементов вагона при их динамическом взаимодействии в продольной плоскости и отработки характеристик поглощающих аппаратов автосцепки. Испытания проводятся путем соуда-

рения вагона-бойка со свободно стоящим вагоном с последующей накаткой последнего на подпор по схеме, представленной на рис. 1.1.

1 - 1,5 м

Рис. 1.1. Схема стенда «Горка»:

1 — горка, 2 — лебёдка, 3 — трос лебедки, 4 — вагон-боёк,

5 — испытуемый вагон, 6 — вагоны-упор, 7 — башмак тормозной,

8 — тензометрическая автосцепка, 9 — устройство измерения скорости

Таблица 1.1

Основные характеристики стенда «Горка»

Масса вагона подпора

170 т

Масса вагона бойка

80 … 95 т

Максимальная скорость соударения

12,5 км/ч

Длина наклонного пути

45 м

Угол наклона пути

2о

Максимальная высота подъема вагона бойка

1 м

Полезная длина подгорочного пути

80 м

Производительность соударений

до 80 ударов в час

Заданная сила удара и скорость соударения обеспечивается высотой подъема вагона бойка, что создает определенные сложности подбора высоты и нестабильность условий соударения при большой площади размещения стенда «Горка». При этом скорость вагона определяется временем его прохода контрольного участка длиной 10 м, которое измеряется с помощью секундомера.

Для проведения испытаний на ограниченный ресурс и испытаний на соударение определяется общее количество циклов действия динамических продольных сил [71]:

интудрежрасобщ

рас

общ

КККtNN )1(−=

, (1.1)

1 / 121 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]