ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
ISSN 1561-9184 (печатная версия), ISSN 2616-6380 (електронная версия)

ГЛАВНАЯ    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЛЕГИЯ    АВТОРАМ    ТЕКУЩИЙ ВЫПУСК    АРХИВ    КОНТАКТЫ

УДК 629.4:62-758.2

Техническая механика, 2019, 1, 94 - 106

АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПАССАЖИРСКОГО ПОЕЗДА С СИСТЕМОЙ ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И БОЛЬШОГО ДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ПРИ СТОЛКНОВЕНИИ

Соболевская М. Б., Горобец Д. В.

Соболевская М. Б.
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

Горобец Д. В.
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

      В настоящее время актуальной проблемой отечественного железнодорожного транспорта является создание скоростного пассажирского подвижного состава с системами пассивной безопасности (СПБ) при аварийных столкновениях. С 2016 г. в Украине действует ДСТУ EN 15227:2015 (EN 15227:2008), который эквивалентен европейскому стандарту EN 15227, регламентирующему обязательное наличие СПБ у всех разрабатываемых конструкций пассажирских железнодорожных экипажей. Согласно требованиям EN 15227 системы пассивной безопасности должны обеспечить защиту пассажиров и поездной бригады, сохранность несущих элементов подвижного состава при нормативных сценариях столкновения. В стандарте EN 15227 определены эталонные поезда, четыре сценария столкновения, а также критерии для оценки соответствия разработанных конструкций подвижного состава с СПБ указанным нормативным требованиям. В статье рассматривается сценарий 3, который характеризует столкновение со скоростью 110 км/ч пассажирского поезда на переезде с большим дорожным транспортным средством массой 15 т (например, грузовым автомобилем большой грузоподъемности). В этом сценарии большое дорожное транспортное средство представляет собой свободно стоящее на переезде крупногабаритное деформируемое препятствие (КДП) с заданными геометрическими размерами. При проектировании железнодорожных экипажей с СПБ необходимо с помощью математического моделирования провести анализ динамики столкновения согласно сценарию 3, оценить полученные значения средних продольных ускорений и пластических деформаций в несущих элементах рассматриваемых конструкций по критериям стандарта EN 15227. При этом особое внимание должно быть обращено на корректное моделирование взаимодействия поезда с препятствием. В данной статье рассматривается пассажирский поезд локомотивной тяги. Цель работы – определение силовой характеристики взаимодействия КДП и локомотива с СПБ при столкновении на железнодорожном переезде. Для достижения поставленной цели рассмотрена нелинейная динамическая контактная задача о столкновении КДП с передней частью локомотива. В качестве крупногабаритного деформируемого препятствия рассмотрена конструкция, состоящая из трех фрагментов (обшивки, сердцевины и нижней части), имеющих разные материалы. Параметры конструкции определены в соответствии с критерием EN 15227 в результате решения задачи о соударении со скоростью 110 км/ч КДП и недеформируемого шара массой 50 т. В качестве кабины машиниста локомотива рассмотрена кабина, разработанная ООО “ПКПП “МДС” для электровоза ЭП20, в конструкцию которого интегрированы элементы СПБ. Каркас кабины машиниста имеет усиленную лобовую стенку, жертвенную зону, зону безопасности для выживания и эвакуации локомотивной бригады. В концевой части рамы кузова локомотива на уровне автосцепного устройства установлены два устройства поглощения энергии (УПЭ). Научной новизной статьи являются разработанные конечно-элементные модели пластического деформирования элементов КДП, УПЭ и каркаса кабины при столкновении согласно сценарию 3. В результате проведенных исследований построена зависимость контактного усилия между КДП и элементами передней части локомотива от продольного перемещения центра масс КДП при столкновении. Предложенный подход, научно-методическое обеспечение и разработанные математические модели могут быть использованы при проектировании отечественного пассажирского тягового подвижного состава с СПБ.

пассажирский поезд; столкновение на переезде; крупногабаритное деформируемое препятствие; система пассивной безопасности; нелинейная динамическая контактная задача; конечно-элементное моделирование

1. ДСТУ EN 15227:2015 (EN 15227:2008+A1:2010, IDT). Залізничний транспорт. Вимоги до ударостійкості рейкових транспортних засобів. URL: http://document.ua/zaliznichnii-transport_-vimogi-do-udarostiikosti-reikovih-tr-std32262.html (Last accessed: 28.01.2019).

2. EN 15227. Railway applications – Crashworthiness requirements for railway vehicle bodies. Brussels, 2008. 37 p.

3. Соболевская М. Б., Сирота С. А. Основные положения концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях. Техническая механика. 2015. № 1. С. 84–96.

4. Соболевская М. Б., Горобец Д В., Сирота С. А. Определение характеристик препятствий для нормативных сценариев столкновений пассажирских поездов. Техническая механика. 2018. № 2. С. 90–103.

5. Науменко Н. Е., Соболевская М. Б., Горобец Д В., Маркова O. М., Ковтун Е. Н., Малый В. В., Сирота С. А. Разработка решений по обеспечению безопасности железнодорожных перевозок и пассивной защите пассажирского поезда при аварийных столкновениях. Техническая механика. 2018. № 3. С. 98–111.

6. Sobolevska M., Telychko I. Рassive safety of high-speed passenger trains at accident collisions on 1520 mm gauge railways. Transport problems. 2017. V. 12. Issue 1. Р 51–62.

7. Науменко Н. Е., Соболевская М. Б., Горобец Д. В., Богомаз Е. Г. Разработка элементов пассивной защиты скоростных пассажирских локомотивов нового поколения при аварийных столкновениях на железных дорогах колеи 1520 мм. Техническая механика. 2017. № 1. С. 72–82.

8. Krieg R. D., Key S. W. Implementation of a time independent plasticity theory into structural computer programs. Vol. 20 of Constitutive equations in viscoplasticity: computational and engineering aspects. New York: ASME, 1976. Р. 125–137.

9. Саймондс П. С. Динамика неупругих конструкций. М.: Мир, 1982. 224 с.

10. Cowper G. R., Symonds P. S. Strain Hardening and Strain Rate Effects in the Impact Loading of Cantilever Beams. Providence: Brown University, 1958. P. 46.

11. Оден Д. Конечные элементы в механике сплошных сред. М.: Мир, 1976. 464 с.

Copyright (©) 2019 Соболевская М. Б., Горобец Д. В.

Copyright © 2014-2019 Техническая механика