Loading

Zwiększenie funkcjonalności urządzeń typu "Donbas 1"

dr inż. Kazimierz Górnicki dr inż. Zenon Grządziel
Instytut Nauk Podstawowych Technicznych Wyższej Szkoły Morskiej w Szczecinie

 

"Trakcja i Wagony" nr 3/1981

UKD:6:9.48T

W numerze 6/78 miesięcznika "Trakcja i Wagony" opublikowaliśmy artykuły: mgra inż. Stefana Kokosza pt. "Urządzenia typu "Donbas 1" do naprawy wagonów towarowych w Śląskiej DOKP" i inż. Tadeusza Kukły pt. "Naprawy bieżące wagonów za pomocą urządzeń typu Donbas". Autor pierwszego z tych artykułów wnioskował między innymi wyposażenie urządzenia typu "Donbas 1" we wciągnik elektryczny i siłownik do prostowania ścian czołowych wagonów.
Zamieszczany niżej artykuł dra inż. Kazimierza Górnickiego i dra inż. Zenona Grządziela, będący kontynuacją artykułu pt. "Usztywnienie konstrukcji urządzeń do naprawy wagonów towarowych", opublikowanego w numerze 10/80 'naszego miesięcznika, nawiązuje do wspomnianego wyżej wniosku .zawartego w artykule mgra inż. S. "Kokosza.

Redakcja

Samojezdne urządzenie typu "Donbas 1" do naprawy wagonów towarowych jest przeznaczone do naprawy nadwozi wagonów-węglarek, to jest:
- prostowania obwodzin górnych,
- prostowania drzwi w ścianach bocznych,
- prostowania słupków ścian bocznych,
- prostowania klap podłogowych wagonów typu "gondola",
- pomocniczych prac montażowych w procesach spawalniczych.
Urządzenie to składa się z trzech zasadniczych zespołów:
- konstrukcji nośnej,
- siłowników hydraulicznych dwustronnego działania,
- urządzeń napędowych i sterujących.
Dotychczasowe doświadczenia z eksploatacji urządzeń typu "Donbas 1" - pracujących od 1977 r. w wagonowniach PKP - wykazują, że dodatkowe wyposażenie urządzenia w przejezdny wciągnik elektryczny o udźwigu około 20 kN umożliwiłoby również przeprowadzanie napraw ścian czołowych. W tym celu tor jezdny elektrowciągu powinien być wysunięty poza tory jezdne urządzenia o około 1500 mm w obydwie strony oraz o około 1700 mm w kierunku wjazdu naprawianych wagonów, zapew nająć równocześnie minimalną wysokość poc noszenia - około 4200 mm. Wymaga to zamocowania toru- do konstrukcji nośnej urządzenia od strony wjazdu naprawianych wagonów.

Konstrukcja nośna urządzenia "Donbas" składa się z 4 belek podłużnych, 6 belek pionowych (słupów) i 3 belek poprzecznych górnych, połączonych ze sobą złączami śrubowymi, tworzących suwnicę bramową, wewnątrz której znajduje się naprawiany wagon. Schematycznie konstrukcję nośną wraz z podstawowymi wymiarami geometrycznymi przedstawiono na rysunku 1.

 

Rys. 1. Uproszczony schemat konstrukcji urządzenia "Donbas 1"

 

Urządzenie jest poruszane własnym napędem elektrycznym po specjalnym torze szynowym, z prędkością transportową 32 m/min i roboczą 9 m/min.

Konstrukcja dodatkowa, oznaczona na rysunku 1 grubą linią, składa się z:
- prostoliniowego toru jezdnego D,
- dwóch wysięgnic E,
- wsporników podtrzymujących F.

Tor jezdny D zaprojektowano jako współpracujący z elektrowoiągiem firmy "Demag" o następujących parametrach:
- udźwig 20 kN,
- wysokość podnoszenia 6 m,
- prędkość podnoszenia 8 m/min,
- prędkość jazdy 20 m/min.

Obliczenia konstrukcji dodatkowej wykonano dla maksymalnego obciążenia obliczeniowego P = 26 500 N. Elementy zastosowane w konstrukcji dodatkowej powinny spełniać warunek wytrzymałości (nieprzekraczania naprężeń dopuszczalnych); ponadto ugięcie toru jezdnego w środku jego rozpiętości nie może przekraczać wartości 1/700 jego rozpiętości, to jest fd0p = = 10,04 mm.

 

Rys. 2. Schemat odkształceń konstrukcji dodatkowej pod obciążeniem P

 

Tok obliczeń belki jezdnej oraz podtrzymujących ją wysięgnic przedstawiono w niniejszym artykule dla przypadku położenia elektrowciągu na skraju belki jezdnej. Przypadek ten charakteryzuje się bowiem złożonym układem ugięć i momentów (układ statycznie nie-wyznaczalny), nie dającym się rozwiązać klasycznymi metodami. Ogólny schemat układu ilustruje rysunek 2. Posługując się metodą "rusztów płaskich", otrzymano układ 6 równań liniowych wiążących obliczane wielkości:
1) 2Lib (a + b) = - 6EfiJi
2) 2L2b (a + b) = 6EJ2J1
3) 2Micd (c + d) = - 6JBJ2 [dfs - (c + d) f 1 + c/2
4) bdM1 + cbM1 - cdL1 = 0
5) bM1 + dL2 = 0
6) M1 = - cP.

W powyższym układzie równań liniowych występuje 6 niewiadomych: 3 momenty gnące oznaczone symbolami L1( L2, Mi oraz 3 strzałki ugięcia fu f2, f3 odkształceń charakterystycznych punktów konstrukcji (rys. 2). Wielkości a, b,c, d oznaczają wymiary geometryczne projektowanego podwieszenia. Ich wartości wynoszą odpowiednio: a = 1221 mm, b = 169 mm, c = 1500 mm, d - 4530 mm.

 

Rys. 3. Przestrzenny wykres momentów gnących

Rys. 4. Schematyczny widok dodatkowej konstrukcji

 

 

Wielkości J1 J2 ustalono przyjmując:
J1 - moment bezwładności wysięgnicy równy 2700
cm4 (2 szt. ceownika 180 wg PN-59/H-93403),
J2 - moment bezwładności belki jezdnej równy
9800 cm4 (dwuteownik 300 wg PN-59(H-93 407).

W wyniku rozwiązania otrzymano: f2 = 0,084 mm, U-- 0,021 mm, f3 = 6,120 mm, L1 = - 5952 Nm, L2 == 146 Nm, Mr = - 39 731 Nm.
Obliczone wartości momentów gnących na tle projektowanej konstrukcji dodatkowej ilustruje rysunek 3.
Całkowite odkształcenie konstrukcji dodatkowej U = 6,12 mm jest mniejsze od założonej dopuszczalnej strzałki ugięcia fdop = 10,04 mm. Ustalony poprzednio maksymalny moment gnący Mi - 39 731 Nm powoduje więc wystąpienie w belce jezdnej naprężeń równych 60,84 N/mm2, czyli mniejszych od dopuszczalnych obliczeniowych R0 = 220 N/mm2 dla stali St3Sy.
W analizie obciążeń i odkształceń konstrukcji rozpatrzono również dwa dalsze przypadki położenia elektrowciągu na jego torze jezdnym, to jest:
- bezpośrednio nad wysięgnicą,
- w środku rozpiętości belki jezdnej.
Przypadki te nie stwarzają trudności obliczeniowych, a całkowite ugięcie konstrukcji wynosi odpowiednio: około 0,1 mm oraz 4,57 mm.
Na rysunku 4 przedstawiono schematycznie widok konstrukcji dodatkowej montowanej do urządzenia "Donbas". Podpory podwieszenia zaprojektowano w formie łączonego przekroju skrzynkowego. Z uwagi na znaczną ich długość oraz duże wartości sił ściskających (około 40 kN) zastosowano dwa zastrzały (Z na rys. 4). Elementy podpór obliczono poo względem ich wytrzymałości na wyboczenie, przyjmując najniekorzystniejszy przypadek obciążenia podpory, to jest wówczas, gdy elektrowciąg będzie się znajdował na skraju toru jezdnego.
Przedstawioną w artykule konstrukcję dodatkową wprowadza się w Wagonowni PKP w Zbąszynku i równocześnie proponuje jej zastosowanie w innych urządzeniach typu "Donbas 1", eksploatowanych przez służbę wagonów PKP. Zastosowanie elektrowciągu rozszerzy możliwości wykonywanych prac naprawczych oraz ułatwi transport elementów nadwozi wagonów.