satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2021-20-4-302-309sat-2463Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕMECHANICAL ENGINEERING АND ENGINEERING SCIENCEПрочность гибкой оболочки пневматической рессорыStrength of Flexible Shell of Pneumatic SpringsМаслиевВ. Г.MaslievV. G.

Доктор технических наук, профессор

Адрес для переписки: Маслиев Вячеслав Георгиевич – Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Кирпичева, 2, 61002, г. Харьков, Украина. Тел.: +38 057 707-63-67 masliew@ukr.net

Address for correspondence: Masliev Vjacheslav G. - National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”, 2, Kyrpychova str., 61002, Kharkiv, Ukraine. Tel.: +38 057 707-63-67 masliew@ukr.net

masliew@ukr.netФоминА. В.FominA. V.

Доктор технических наук, профессор

Киев

 

Kyiv

ЛовскаяА. А.LovskayaA. A.

Кандидат технических наук, доцент

Харьков

 

Kharkiv

МаслиевА. О.MaslievA. O.

Доктор философии

Харьков

Kharkiv

ГорбуновН. И.GorbunovN. I.

Доктор технических наук, профессор

Северодонецк

Severodonetsk

ДущенкоВ. В.DuschenkoV. V.

Доктор технических наук, профессор

Харьков

Kharkiv

Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт»УкраинаNational Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”UkraineГосударственный университет инфраструктуры и технологийУкраинаState University of Infrastructure and TechnologiesUkraineУкраинский государственный университет железнодорожного транспортаУкраинаUkrainian State University of Railway TransportUkraineВосточноукраинский национальный университет имени Владимира ДаляУкраинаVolodymyr Dahl East Ukrainian National UniversityUkraine202119072021204302309Copyright © Маслиев В.Г., Фомин А.В., Ловская А.А., Маслиев А.О., Горбунов Н.И., Дущенко В.В., 20212021Маслиев В.Г., Фомин А.В., Ловская А.А., Маслиев А.О., Горбунов Н.И., Дущенко В.В.Masliev V.G., Fomin A.V., Lovskaya A.A., Masliev A.O., Gorbunov N.I., Duschenko V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/2463

Исследована прочность гибкой оболочки пневматической рессоры транспортного средства при движении относительно рельсовой колеи. Расчет проведен с использованием метода конечных элементов, реализованного  в среде программного обеспечения SolidWorks. Для этого воспроизведены чертежи пневморессоры баллонного типа  в формате 3D. Особенностью конструкции является то, что расстояние между верхним и нижним днищами в статике неизменно – благодаря регулятору положения кузова, который поддерживает его постоянство относительно рамы тележки. Полученные результаты позволили сделать вывод, что имеются определенные резервы по уровню напряжений, т. е. дополнительно к вертикальным возможно учесть еще и поперечные взаимные смещения днищ пневморессоры, которые будут возникать при смещениях тележки относительно кузова. На последующем этапе исследованы напряжения в материале гибкой оболочки в случае взаимных поперечных смещений днищ, наблюдающиеся при поперечных смещениях тележек относительно кузова транспортного средства во время движения по кривым участкам пути. При этом наибольшие напряжения в материале гибкой оболочки пневморессоры составляют около 11 МПа даже при вдвое большем номинальном давлении воздуха и поперечных взаимных смещениях днищ 40 мм, т. е. они значительно меньше разрывной прочности (30 МПа). Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что конструкция и параметры гибкой оболочки пневморессоры баллонного типа обеспечивают ее прочность при эксплуатационных схемах нагружения. Поэтому с целью улучшения динамических качеств транспортных средств предлагается использовать гибкую оболочку пневморессоры как составляющую рессорной подвески.

The strength for a flexible shell of a vehicle pneumatic spring during movement relative to a rail track has been studied in the paper. The calculation has been carried out using the finite element method implemented in the SolidWorks software environment. For this purpose, 3D drawings of a balloon-type pneumatic spring have been reproduced. A specific  feature of the design is that the distance between the upper and lower bottoms in static conditions is unchanged – thanks to the body position regulator, which maintains its constancy relative to the trolley frame. The results obtained have made it possible to conclude that there are certain reserves for the level of stresses, i.e.,  in addition to the vertical, it is possible to take into account also transverse mutual displacements of the air spring bottoms which will occur when the trolley moves relative to the body.  At the next stage, the stresses in the material of the flexible shell are investigated for mutual transverse displacements of the bottoms, which are observed with transverse displacements of the trolleys relative to the body of the vehicle when  traveling along curved sections of the track. At the same time, the maximum stresses in the material of the flexible shell of  the pneumatic spring are about 11 MPa, even with twice the nominal air pressure and transverse mutual displacements of the bottoms of 40 mm, that is, they are much less than the breaking strength (30 MPa). The carried out researches allow to draw  a conclusion that the design and parameters of a flexible shell of a balloon-type air springs ensure its strength under operational loading schemes. Therefore, in order to improve the dynamic qualities of vehicles, it is proposed to use a flexible shell  of a pneumatic spring as a component of the spring suspension.

пневморессора баллонного типарессорное подвешиваниеоптимизация материала конструкциимоделированиепрочностьэквивалентные напряжениядемпфирование колебанийбезопасность движенияballoon-type air springspring suspensionoptimization of construction materialmodelingstrengthequivalent stressesdamping of vibrationstraffic safetyReferencesАкопян, Р. А. Пневматическое подрессоривание автотранспортных средств (вопросы теории и практики) / Р. А. Акопян. Львов: Вища шк., 1979. Ч. 1. 218 с.Akopyan R. A. (1979) Pneumatic Suspension of Vehicles (Theory and Practice). Part 1. Lvov, Vishcha Shkola Publ. 218 (in Russian).Отечественная пассажирская тележка на пневматическом подвешивании / Б. А. Коробка [и др.] // Вагонный парк. 2010. № 6. C. 48–51.Korobka B. A. [et al.] (2010) Domestic Passenger Trolley on Pneumatic Suspension. Vagonny Park [Wagon Fleet], (6), 48–51 (in Russian).Masliev, V. Studi of an Air Spring with Improved Damping of Vibration / V. Masliev, J. Makarenko, A. Masliev // Econtechmod. An International Quarterly Jornnal. 2015. Vol. 4, No 4. P. 58–62.Masliev V., Makarenko J., Masliev A. (2015) Studi of an Air Spring with Improved Damping of Vibration. Econ-techmod. An International Quarterly Jornnal, 4 (4), 58–62.Suspression of Vertikal Vibration in Railway Vehicles by Controlling the Damping Force of Primary and Secondary Suspensions / Y. Sugahara [et al.] // Quarterly Report of RTRI. 2008. Vol. 49, Iss. 1. P. 7–15. https://doi.org/10.2219/rtriqr.49.7.Sugahara Y., Kazato A., Takigami T., Koganei R. (2008) Suspression of Vertikal Vibration in Railway Vehicles by Controlling the Damping Force of Primary and Secondary Suspensions. Quarterly Report of RTRI, 49 (1), 7–15. https://doi.org/10.2219/rtriqr.49.7.Fomin, O. V. Increase of the Freight Wagons Ideality Degree and Prognostication of their Evolution Stages / O. V. Fomin // Scientific Bulletin of National Mining University. 2015. Iss. 3. P. 68–76.Fomin O. V. (2015) Increase of the Freight Wagons Ideality Degree and Prognostication of their Evolution Stages. Scientific Bulletin of National Mining University, (3), 68–76.Lovska, A. A. Peculiarities of Computer Modeling of Strength of Body Bearing Construction of Gondola Car During Transportation by Ferry-Bridge / A. A. Lovska // Metallurgical and Mining Industry. 2015. No 1. P. 49–54.Lovska A. A. (2015) Peculiarities of Computer Modeling of Strength of Body Bearing Construction of Gondola Car During Transportation by Ferry-Bridge. Metallurgical and Mining Industry, (1), 49–54.Kelrykh, М. Perspective Directions of Planning Carrying Systems of Gondolas / М. Kelrykh, О. Fomin // Metallurgical and Mining Industry. 2014. No 6. P. 64–67.Kelrykh М., Fomin О. (2014) Perspective Directions of Planning Carrying Systems of Gondolas. Metallurgical and Mining Industry, (6), 64–67.Kolejowy Wagon Transportowy Jako Nowatorskie, Innowacyjne Rozwiązanie Konstrukcyjne do Przewozu Naczep Siodłowych i Zestawów Drogowych dla Transportu Intermodalnego / M. Nader [et al.] // Logistyka. 2014. No 4. P. 2272–2279.Nader M., Sala M., Korzeb J., Kostrzewski A. (2014) Kolejowy Wagon Transportowy Jako Nowatorskie, Innowacyjne Rozwiązanie Konstrukcyjne do Przewozu Naczep Siodłowych i Zestawów Drogowych dla Transportu Intermodalnego. Logistyka, (4), 2272–2279 (in Polish).Divya Priya, G. Modeling and Analysis of Twenty Tonne Heavy Duty Trolley / G. Priya Divya, A. Swarnakumari // Intern. J. of Innovative Technology and Research. 2014. Vol. 2, No 6. P. 1568–1580.Divya Priya G., Swarnakumari A. (2014) Modeling and Analysis of Twenty Tonne Heavy Duty Trolley. International Journal of Innovative Technology and Research, 2 (6), 1568–1580.Krason, W. FE Numerical Tests of Railway Wagon for Intermodal Transport According to PN-EU Standards / W. Krason, T. Niezgoda // Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences. 2014. Vol. 62, Iss. 4. P. 843–851. https://doi.org/10.2478/bpasts-2014-0093.Krason W., Niezgoda T. (2014) FE Numerical Tests of Railway Wagon for Intermodal Transport According to PN-EU Standards. Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences, 62 (4), 843–851. https://doi.org/10.2478/bpasts-2014-0093.Determination of the Dynamic Characteristics of Freight Wagons with Various Bogie / S. Myamlin [et al.] // Transport. 2015. Vol. 30, Iss. 1. P. 88–92. https://doi.org/10.3846/16484142.2015.1020565.Myamlin S., Povilas Lingaitis L., Dailydka S., Vaičiūnas G., Bogdevičius M., Bureika G. (2015) Determination of the Dynamic Characteristics of Freight Wagons with Various Bogie. Transport, 30 (1), 88–92. https://doi.org/10.3846/16484142.2015.1020565.Impact of Wheelset Steering and Wheel Profile Geometry to the Vehicle Behavior when Passing Curved Track / V. Hauser [et al.] // Manufacturing Technology. 2017. Vol. 17, No 3. P. 306–312. https://doi.org/10.21062/ujep/x.2017/a/1213-2489/mt/17/3/306.Hauser V., Nozhenko O. S., Kravchenko K. O., Loulová M., Gerlici J., Lack T. (2017) Impact of Wheelset Steering and Wheel Profile Geometry to the Vehicle Behavior when Passing Curved Track. Manufacturing Technology, 17 (3), 306–312. https://doi.org/10.21062/ujep/x.2017/a/1213-2489/mt/17/3/306.Tartakovskyi, E. Improving the Process of Driving a Locomotive Through the Use of Decision Support Systems / E. Tartakovskyi, O. Gorobchenko, A. Antonovych // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2016. Vol. 5, Iss. 3. P. 4–11. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.80198.Tartakovskyi E., Gorobchenko O., Antonovych A. (2016) Improving the Process of Driving a Locomotive Through the Use of Decision Support Systems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (3), 4–11. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.80198.Proposol of a Mechanism for Setting Bogie Wheelsets to Radisl Position while Riding Along Track Curve / V. Hauser [et al.] // Manufacturing Technology. 2017. Vol. 17, No 2. P. 186–192. https://doi.org/10.21062/ujep/x.2017/a/1213-2489/mt/17/2/186Hauser V., Nozhenko O. S., Kravchenko K. O., Loulová M., Gerlic J. I., Lack T. (2017) Proposol of a Mechanism for Setting Bogie Wheelsets to Radisl Position while Riding Along Track Curve. Manufacturing Technology, 17 (2), 186–192. https://doi.org/10.21062/ujep/x.2017/ a/1213-2489/mt/17/2/186.Райт, П. Полиуретановые эластомеры / П. Райт, А. Камминг; пер. с англ. под ред. Н. П. Апухтиной. Л.: Химия, 1973. 304 с.Wright P. (1973) Polyurethane Elastomers. Leningrad, Khimiya Publ. 304 (in Russian).Романовский, В. П. Справочник по холодной штамповке / В. П. Романовский. 6-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1979. 520 с.Romanovskii V. P. (1979) Reference Book on Cold Stamping. Leningrad, Mashinostroenie Publ. 520 (in Russian).Полиуретаны в производстве искусственных материалов для одежды и обуви / К. Н. Александров [и др.]. М.: Легкая индустрия, 1977. 256 с.Aleksandrov K. N., Freidgeim K. I., Alekseenko V. I., Mikhailov V. A. (1977) Polyurethanes in the Manufacture of Artificial Materials for Clothing and Footwear. Moscow, Legkaya Industriya Publ. 256 (in Russian).Акопян, Р. А. Рабочие процессы и теория прочности пневматической подвески / Р. А. Акопян. Львов: Львовский университет, 1979. 222 с.Akopyan R. A. (1979) Working Processes and Strength Theory of Air Suspension. Lviv: Publishing House of Lviv University. 222 (in Russian).Справочник машиностроителя / под ред. Н. С. Ачеркана. М.: Машгиз, 1995. Т. III.Acherkan N. S. (ed.) (1995) Mechanical Engineer Handbook. Vol. III. Moscow, Mashgiz Publ. (in Russian).Исследования и проектные работы по созданию пневмоподвешивания тележки для дизель-электропоездов с повышенными динамическими и эксплуатационными показателями: отчет о НИР (заключ.) 0108U010504, 2004. 67 с.Research and Design Work on the Creation of Air Suspension of Bogie for Diesel Electric Trains with Increased Dynamic and Operational Performance: Research Report (Concluding) 0108U010504, 2004. 67 (in Russian).Алямовский, А. А. SolidWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов / А. А. Алямовский. М.: ДМК Пресс, 2004. 432 с.Alyamovskii A. A. (2004) SolidWorks. Engineering Analysis by Finite Element Method. Moscow, DMK Press Publ. 432 (in Russian).Слипченко, И. Н. Исследование прочности гибкой оболочки пневморессоры для дизель-поезда / И. Н. Слипченко, В. Г. Маслиев // VIII Університетська науково-практична студентська конференція магістрантів Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут»: матеріали конф., 22–24 квітня 2014 р.: у 3 ч. Харків: НТУ «ХПІ», 2014. Ч. 1. С. 219–220.Slipchenko I. N., Masliev V. G. (2014) Investigation of the Strength of the Flexible Shell of a Pneumatic Spring for a Diesel Train. VIII Unіversitets'ka Naukovo-Praktichna Students'ka Konferentsіya Magіstrantіv Natsіonal'nogo Tekhnіchnogo Unіversitetu “Kharkіvs'kii Polіtekhnіchnii Іnstitut”: Materіali Konf., 22–24 Kvіtnya 2014 r. Ch. 1. Kharkiv, Publishing House of National Technical University “Kharkiv Polytechnic University”, 219–220 (in Russian).Пневматична підвіска: пат. 113641 України, МПК В 60 G 11/26 (2006.01), F 16 F 9/02(2006.01) / В. В. Дущенко, А. О. Маслієв, В. Г. Маслієв. Опубл. 10.02.2017.Dushchenko V. V., Maslіev A. O., Maslіev V. G. (2017) Pneumatic Suspension. Patent 113641 of the Ukraine (in Ukrainian).Маслієв, В. Г. Поліпшення комфорту пасажирів шляхом застосування удосконаленої пневматичної підвіски транспортних засобів / В. Г. Маслієв, В. В. Дущенко, А. О. Маслієв // Вагонний парк. 2018. № 1–2. С. 40–43.Masliev V. G., Dushchenko V. V., Maslіev A. O. (2018) Improvement of Passenger Comfort by Means of Application of Improved Pneumatic Suspension in Vehicles. Vagonnyi Park [Wagon Fleet], (1–2), 40–43 (in Ukrainian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.