Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог

Выводы 
Максимальные  величины  продольных  усилий,  сил  гидравлических  давлений  на 
днище  и  коэффициентов  динамики  уменьшаются  с  увеличением  недолива,  то  есть 
наличие свободной поверхности улучшает динамику цистерны при соударениях. 
 
ЛИТЕРАТУРА 
 
1.
 
Жуковский  Н.Е.  О  движении  твердого  тела,  имеющего  полости,  наполненные 
однородной капельной жидкостью. Собр. соч. , т. 1., М., Гостехиздат, 1948, с. 348-405. 
2.
 
Лазарян  В.А.,  Длугач  Л.А.,  Коротенко  М.Л.  Устойчивость  движения  рельсовых 
экипажей. Киев, Наукова думка, 1971, 196 с. 
3.
 
Черкашин  Ю.М.  Расчет  поперечных  колебаний  жидкости  и  боковой  качки 
цистерны при неполном наливе //М., Вестник ВНИИЖТ, 1970, №3, с. 5-10. 
4.
 
Лазарян  В.А.  и  др.  К  вопросу  о  математическом  описании  процессов, 
происходящих  при  переходных  режимах  движения  поездов  с  зазорами  в  упряжи  /Труды 
ДИИТ, вып. 103. Днепропетровск, Транспорт, 1970, с. 16-21. 
5.
 
Филатов А.Н. О динамическом действии жидкости на цистерну при произвольном 
ускорении /Труды Институтата механики АН Уз. ССР, вып. 21. Ташкент, 1970, с. 107-111. 
6.
 
 Гопак  К.И.,  Перехлест  В.И.  Гидродинамический  удар  в  железнодорожной 
цистерне. В кн. Гидродинамика и теория упругости, вып. 7. Днепропетровск: 1968, с. 14-19. 
7.
 
Шевченко  П.В.  Исследование  напряжений  в  стенах  котлов  цистерн  от 
гидравлического удара /Труды ХИИТ, Харьков, 1965, с. 28-31. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

УДК 629.04.015 
 
Жайсан Иса Жақсылықұлы – магистрант (Алматы, КазАТК) 
 
УСТОЙЧИВОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ЦИСТЕРН С ЖИДКОСТЬЮ ПРИ 
БОКОВЫХ КОЛЕБАНИЯХ 
 
Одной  из  основных  причин  возникновения  колебаний  цистерн  является 
воздействие  на  неё  различных  возмущений  от  неровностей  пути.  Кроме  того,  возможны 
чрезмерные  нагрузки  наружного  рельса  при  прохождении  кривых  участков  пути 
вследствие  гидравлического  удара  в  наружную  стенку  котла  цистерны  с  перегрузкой  и 
заклиниванием рессорного комплекта наружной стороны цистерны. 
Цистерна,  заполненная  жидкостью,  представляет  собой  динамическую  систему, 
движение  которой  можно  полностью  охарактеризовать  некоторым  конечным  числом 
переменных.  Исследование  динамики  такой  цистерны  можно  проводить  по  расчётным 
схемам,  разработанным  для  исследования  динамики  сыпучих  грузов,  а  инерционные 
характеристики определять по формулам Н.Е. Жуковского [1]. 
Введём  неподвижную  систему  координат  OXY.  Вертикальную  ось  OZ  направим 
перпендикулярно  пути.  Относительно  этой  системы  координат  положение  цистерны 
определяется  n  координатами.  Такая  схема  даёт  возможность  изучить  только  малые 
колебания.  Размах  условий  колебаний  экипажа  цистерны  не  должен  превышать  пяти 
градусов.  Рассмотрим  схему  колебаний  цистерны  в  плоскости  OYZ  под  действием 
вертикальных возмущений от неровностей пути. На рисунке 1 показана расчётная схема 
цистерны.  Она  представляет  собой  систему  твердых  тел  котла  и  тележки,  соединённых 
между  собой  упругими  и  демпфирующими  устройствами.  Детали  тележки  считаются 
абсолютно  жёсткими,  а  их  упругость  включается  в  соответствующие  характеристики 
элементов  подвески.  Тележка  совершает    поворот 
z
ϕ   относительно  вертикальной  оси, 
проходящий через центр масс тележки, поперечное относительно оси пути смещение 
т
Y  и 
поворот относительно оси пути 
x
ϕ
.  
 
Рисунок 1 - Расчётная схема цистерны 
 
Связь  между  котлом  и  тележкой  осуществляется  в  вертикальном  направлении 
жёсткостью 
ж
,  в  поперечном  направлении 
1
ж
,  равной  горизонтальной  жёсткости 

рессорного  комплекта,  а  при  повороте  линейно-упругой  жёсткостью 
3
ж ,  равной 
жёсткости  рамы  тележки  при  скручивании  в  горизонтальной  плоскости,  соединённой 
последовательно с элементами сухого трения, представляющего сухое трение в пятнике. 
Присутствуют также упругая связь между рамой тележки и колёсными парами.  
В  результате  многочисленных  экспериментальных  и  теоретических  работ [2-9] 
установлено, что свободную поверхность жидкости можно представить в виде ряда 
 
( ) ( ) ( )
y
x
t
f
z
n
n
n
n
ψ
ϕ
∑
∞
=
=
1
, 
   (1) 
 
где 
( )
t
f
n
 - неизвестные функции времени, характеризующие колебания жидкости в котле; 
( ) ( )
y
x
n
n
ψ
ϕ
,
 
-  известная полная ортонормированная система функции. 
Отсюда  следует,  что  волновые  движения  жидкости  вдоль  координатных  осей  не 
зависят  друг  от  друга  и,  следовательно,  можно  рассматривать  одни  виды  волновых 
колебаний жидкости независимо от других. 
Из  выражения (1) следует,  что  в  цистерне  существует  два  вида  колебаний 
жидкости - вдоль оси 
OX и вдоль оси OY, причём в каждом  из них существует два типа 
волн – чётные и нечётные, соответствующие чётным и нечётным значениям 
n. Первый тип 
волн характерен тем, что они не перемещают центра тяжести жидкости в горизонтальном 
направлении [11] и, кроме того, никакими горизонтальными колебаниями котла цистерны 
нельзя вызвать волн этого типа. Нечётные волны, например вдоль оси 
OY, смещают центр 
тяжести жидкости поперёк пути и тем самым могут влиять на колебания боковой качки и 
бокового относа цистерны – боковая качка и относ вызывают нечётные волны вдоль оси 
OY. 
В  качестве  обобщённых  координат  примем 
x
т
z
k
к
Y
Y
ϕ
ϕ
θ
,
,
,
,
  и  в  дальнейшем 
считать, что продольная ось колебаний котла цистерны лежит в плоскости осей колёсных 
пар. Кинетическая энергия системы рассматриваемой системы равна 
 
(
)
x
т
z
т
к
к
к
к
к
I
I
Y
m
h
y
m
I
T
ϕ
ϕ
θ
θ
&
&
&
&
&
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2
2
2
1
2
0
+
+
+
+
+
=
, 
        (2) 
 
где 
к
m
 - обрессоренная  масса  цистерны  с  жидкостью; 
1
h
 - высота  центра  масс  от  оси 
поперечных колебаний цистерны; 
т
m  - необрессоренная масса тележки. 
 
ж
к
I
I
I
0
0
0
+
=
, 
где 
к
I
0
 - момент инерции котла без жидкости относительно продольной центральной оси; 
ж
I
 - момент  инерции  жидкости,  заменённый  моментом  инерции  эквивалентного  тела, 
относительно центральной оси; 
x
z
I
I
,
 
-  момент инерции тележки относительно осей OZ и 
OX
 соответственно. 
Потенциальная энергия системы равна 
 
(
)
(
)
(
)
(
)
2
0
2
2
2
1
2
2
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
θ
ϕ
θ
ϕ
θ
ϕ
θ
S
S
ж
gl
m
y
y
ж
b
b
ж
b
b
ж
П
к
к
к
т
к
x
к
x
к
−
+
−
−
+
+
−
+
+
−
=
, 
  (3) 
 

где 
ж
 - вертикальная  жёсткость  рессорных  комплектов  тележек; 
1
ж
-  горизонтальная 
жёсткость  рессорных  комплектов  тележек; 
2
ж
 - вертикальная  жёсткость  пути; 
S
2
 - 
расстояние  между  кругами  катания  колёсной  пары; 
b
2
 - расстояние  между  рессорными 
комплектами; 
S
п
л
2
/
0
η
η
θ
−
=
 - угол перекоса колёсной пары. 
Согласно [1] 
∑
∑
=
=
=
=
n
i
n
i
п
i
п
л
i
л
1
1
2
1
;
2
1
η
η
η
η
, 
 
где 
л
i
η
 - возмущение  под  i-м  колесом  от  неровности  левой  рельсовой  нити; 
п
i
η
 - 
возмущение  под  i-м  колесом  от  неровности  правой  рельсовой  нити;  причём  n  может 
принимать значения 2,3 и 4 в зависимости от осности тележки.  
В  выражении  потенциальной  энергии  последний  член  указывает  на  опускание 
центра масс при повороте системы вокруг продольной оси на угол 
к
θ
. 
Силы  трения  в  фрикционных  демпферах  считаются  внешними  силами  и, 
следовательно,  для  них  определяются  обобщённые  силы  и  моменты  обобщённых  сил. 
Демпфирование в горизонтальном направлении не зависит от вертикальных колебаний и 
коэффициент горизонтального трения обозначен 
.
.г
тр
ϕ
 Обобщённые силы Q и моменты 
обобщённых сил, соответствующие обобщённым координатам 
к
θ
 и 
к
Y
, имеют вид 
 
Q
(
)
(
)
к
к
в
тр
x
к
в
тр
b
b
bsign
F
b
b
bsign
F
к
ϕ
θ
ϕ
θ
θ
&
&
&
&
−
−
−
−
=
.
.
; 
Q
(
)
т
к
г
тр
Y
y
y
sign
F
к
&
& −
−
=
.
. 
 
Силы, обусловленные контактом между гребнем колеса рельсом F
р 
, после того как 
будет  выбрана  половина  зазора  между  гребнем  колеса  и  головкой  рельса,  перемещение 
которых ограничивается линейной упругой жёсткостью 
3
ж . 
Обобщённые  силы  и  моменты  обобщённых  сил  для  координат 
т
x
z
y
,
,
ϕ
ϕ
    имеют 
вид 
Q
(
)
;
2
2
4
2
.
к
к
г
тр
т
р
т
y
т
р
y
y
y
sign
F
y
F
F
y
F
т
&
& −
−
−
−
−
=
ξ
 
Q
;
4
z
y
x
x
M
F
z
ϕ
ξ
ϕ
+
−
=
 
Q
(
)
(
)
x
к
в
тр
x
к
в
тр
b
b
bsign
F
b
b
bsign
F
x
ϕ
θ
ϕ
θ
ϕ
&
&
&
&
−
+
+
−
−
=
.
.
. 
 
Используя  уравнение  Лагранжа  второго  рода,  получим  следующую  систему 
дифференциальных уравнений: 
 
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎭
⎪⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎬
⎫
=
+
+
=
+
+
−
+
−
−
+
=
−
−
−
−
+
+
−
+
+
=
−
−
+
+
+
=
−
−
+
+
+
=
−
−
+
+
+
−
−
−
+
+
+
.
0
2
;
0
2
2
2
2
;
0
2
2
2
2
2
2
;
0
2
;
0
2
;
0
2
2
.
1
1
0
2
2
0
2
2
.
2
2
2
2
2
2
1
1
1
1
1
1
1
2
.
.
1
2
1
2
1
0
z
y
x
x
z
z
т
p
y
y
р
к
т
к
в
тр
т
т
x
к
в
тр
x
к
x
x
x
т
т
к
тр
к
к
к
к
к
т
к
тр
к
к
к
к
к
x
x
к
в
тр
x
к
в
тр
к
к
к
к
к
к
M
SF
I
y
F
F
R
R
P
y
y
sign
F
y
ж
y
m
S
S
ж
b
b
bsign
F
S
жb
S
ж
жb
I
y
ж
y
y
sign
F
y
ж
h
m
y
m
y
ж
y
y
sign
F
y
ж
h
m
y
m
жb
b
b
bsign
F
b
b
bsign
F
gh
m
жb
y
h
m
h
m
I
ϕ
ξ
ϕ
ξ
θ
β
θ
ϕ
θ
ϕ
β
θ
ϕ
ϕ
θ
θ
ϕ
ϕ
θ
ϕ
θ
θ
θ
&&
&
&
&&
&
&
&
&
&&
&
&
&&
&&
&
&
&&
&&
&
&
&
&
&&
&&
            (4) 

Колебания боковой  качки  и  бокового  относа  котла  цистерны  имеют  аналогичный 
качественный  и  количественный  характер,  что  и  решения,  полученные  в  работах 
[10,11,12]. 
Анализируя  полученные  в  результате  расчётов  вертикальные  нагрузки  на 
рессорный комплект тележки цистерны с аналогичными нагрузками на полувагон, можно 
сделать  вывод,  что  вертикальные  силы  больше  у  цистерны,  хотя  нагрузки  от  колебаний 
подпрыгивания  примерно  равны.  Увеличение  объясняется  интенсивными  колебаниями 
боковой качки цистерны вследствие того, что её центр тяжести расположен выше центра 
тяжести полувагона. Собственная частота боковой качки составляет 1,1-1,2 Гц, бокового 
относа – 5,0-5,5 Гц,  а  частотный  диапазон  возмущения  боковой  качки – 0,45-3,2 Гц  и 
бокового  относа  горизонтального  возмущения – 0,2-2,0 Гц  при  изменении  скорости 
движения от 20 до 120 км/ч. 
Выводы 
В  зоне  эксплуатационных  скоростей  колебания  бокового  относа  резонанса  не 
имеют,  а  колебания  боковой  качки  имеют  резонанс  при  скорости  движения 50-60 км/ч. 
Этим  и  объясняется  некоторое  понижение  степени  динамической  устойчивости  цистерн 
при этих скоростях. Интенсивный рост вертикальных динамических нагрузок рессор при 
больших  скоростях  движения  цистерн  объясняется  тем,  что  на  этих  скоростях 
значительное влияние на них оказывают колебания бокового относа. 
 
ЛИТЕРАТУРА 
 
1.
 
Жуковский  Н.Е.  О  движении  твердого  тела,  имеющего  полости,  наполненные 
однородной капельной жидкостью /Собр. соч. Т.1., М., Гостехиздат, 1948, с.348-405. 
2.
 
Моисеев Н.Н. Задача о движении твердого тела, содержащего жидкие массы, имеющие 
свободную поверхность / Математический сборник, т.32, 1953, №1, с.61-96. 
3.
 
Моисеев  Н.Н.,  Петров  А.Л.  Численные  методы  расчета  собственных  частот  колебаний 
ограниченного  объема  жидкости  /Математические  методы  в  динамике  космических  аппаратов, 
вып. 3, АН СССР, 1966, 267 с. 
4.
 
 Николаенко  Н.А.  Вероятностные  методы  динамического  расчета  машиностроительных 
конструкций. М., Машиностроение, 1967, 366 с. 
5.
 
Микишев Г.Н., Дорожкин Н.Я. Экспериментальное исследование свободных колебаний 
жидкости в сосудах //Изв. АН СССР, ОТН, Механика и машиностроение, 1961, №4, с. 48-53. 
6.
 
Budiansky B. Sloshing of liquids in circular canals and spherical tanks // “J.Aero – Space Sci.”, 
1960, v.27, №3, p. 161-173. 
7.
 
Abramson H.N., Rausleben G.E. Jr. Some Camparisons of Sloshing Behavier in Cylindrical 
Tanks with Flat and Conical Bottoms // “ARS Journal”, 1961, v.31, no. 4, p. 542-544. 
8.
 
Bauer H.F. Theory of liquid sloshing in compartmented cylindrical tanks due to bending 
exitation // “AJAA Journal”, 1963, v.1, №7, p. 1590 – 1596. 
9.
 
Горьков  П.И.  Динамическое  действие  колеблющейся  жидкости  на  цистерны  при 
неполном наливе // Изв. АН СССР, ОТН, 1954, №2, с. 19-24. 
10.
 
Лазарян В.А. Динамика вагонов. М., Транспорт, 1964, 256 с. 
11.
 
Вершинский  С.В.  Динамика  вагона:  Технический  справочник  железнодорожника,  т.6. 
М., Трансжелдориздат, 1952, 107 с. 
12.
 
Бертенёва  Л.И.  и  др.  Требования  к  конструкции  двухосных  тележек  грузовых  вагонов 
для перспективных условий эксплуатации /Труды ВНИИЖТ, вып. 483. М, Транспорт, 1973, с. 2-
92. 
 
 
 
 
 
 
 
 

УДК 656.22 
 
Мустапаева Алия Дженисбековна - д.т.н., профессор (Алматы, КазАТК) 
Таскимбаев Онгарбай - соискатель (Алматы, КазАТК) 
   Нургазиева Айгуль Омекбаевна – инженер (Алматы, КазАТК) 
 
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕШЕНИЯ  ЗАДАЧ В 
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ ДИСПЕТЧЕРСКОГО  
УПРАВЛЕНИЯ 
 
Научно-технический прогресс ведет к концентрации в одном продукте  или услуге 
затрат  труда  работников  все  большего  количества  специализированных  отраслей,  что 
усложняет    производственные  связи  и  вызывает  развитие  кооперирования.  Поскольку 
перевозочный  процесс  в  очень  редких  случаях  начинается  и  заканчивается  в  пределах 
какого-либо одного вида транспорта, постольку в транспортной системе одновременно со 
специализацией происходит кооперирование деятельности разных видов транспорта. 
В суммарных расходах на производство продукции всех отраслей промышленности 
доля  транспортных  затрат  достигает 10%. При  этом  в  добыче  железной  руды,  нефти  и  
газа  этот  показатель  в 2-3 раза  выше,  чем  в  среднем  по  промышленности.  Значительна 
доля  транспортных  расходов  в  горно-химической  и  угольной  промышленности.  В  то  же 
время  в  машиностроении  и  приборостроении,  текстильной  и  ряде  других  отраслей 
промышленности  доля    транспортных    затрат  не  превышает 1-3% суммарных  расходов. 
Удовлетворение  потребностей    народного  хозяйства  в  перевозках  в  ряде  случаев  может 
вызвать  некоторое  повышение  расходов  на  транспортировку,  которое  перекрывается 
сокращением производственных издержек. 
Решающее  влияние  на  рост  перевозочной  работы  транспорта  оказывают  темпы 
роста  производства,  структурные  и  качественные  изменения  в  отраслях  народного 
хозяйства и территориальное размещение производства. Для учета транспортного фактора 
при  оптимизации  размещения  производства  используются  специальные  показатели 
удельных    затрат  транспорта,  приспособленные  к  решению  конкретных  задач  с  учетом 
специфики  и условий  выполняемых    расчетов.  При  этом  особенно  должно    учитываться 
намечаемое  размещение  прироста  производства  продукции:  на  расширяемых  и 
реконструируемых действующих предприятиях или на вновь сооружаемых  предприятиях,  
или  же  необходимость  заново  рассмотреть  размещение  всего  объема    производства  
продукции на действующих и строящихся предприятиях отрасли с полным  пересмотром  
всех  транспортно-экономических  связей.  Каждое    предприятие    должно    выбрать    свою  
стратегию  ценообразования. Существует две стратегии: затратный подход и ценностный 
подход. 
Затратный 

жүктеу/скачать 5,71 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: