Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ с привлечением вузов и научных организаций спб - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Проект методические рекомендации по подготовке отчетной документации... 14 2691.24kb.
Статья 769. Договоры на выполнение научно-исследовательских работ... 1 103.71kb.
Техническое задание на выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских... 1 30.72kb.
Результат научно-технической деятельности или наименование объекта... 7 1001.59kb.
Рекомендации по проведению анализа сведений о результатах научно-исследовательских... 1 70.1kb.
Государственный заказчик 5 645.24kb.
Организация на регулярной основе является заказчиком научно-исследовательских... 1 35.27kb.
Программа рассчитана на три этапа (года). Финансирование в первый... 1 116.53kb.
Оплата государственной регистрации ниокр 1 8.62kb.
Отчет о проведении внутреннего конкурса научно-исследовательских... 1 73.62kb.
План научно-исследовательских работ 1 27.59kb.
Msc. Patran – интегрированная среда моделирования, анализа и проектирования... 1 141.39kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ с привлечением - страница №1/3

Пояснительная записка.

Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ с привлечением ВУЗов и научных организаций СПб.

Глобальная экономика стоит на пороге нового индустриального цикла, который приведёт к реструктуризации традиционных секторов промышленности. Мировые тренды показывают: облик промышленности будут определять четыре основных направления.

Первое – переход к управлению всем жизненным циклом изделия.

Второе - происходит глубокая автоматизация проектирования и инжиниринга.

Третье –использование в производстве материалов нового поколения.

Четвертое –развёртывание промышленных инфраструктур нового типа, так называемых умных сред: «умные дороги», «умные сети», «умные производства».

По итогам V Петербургского международного инновационного форума участниками принято решение о создании «Распределенного конструкторского бюро и инжинирингового центра на основе применения технологий комплексного виртуального моделирования, инженерного анализа и оптимизации разрабатываемых изделий из композиционных материалов в рамках международной кооперационной сети на основе единой технологической платформы», с участием Центра прототипирования СПб (совместный проект НИУ ИТМО и Завод «КП»), лаборатории CompMechLab СПб ГПУ и др.

НИУ ИТМО входит в Национальную программную платформу (координатор - Концерн "Сириус" (Госкорпорация "Ростехнологии")).

Национальная программная платформа призвана обеспечить развитие инфраструктуры взаимодействия науки, образования и промышленности, соответствующей инновационному типу общества. Это позволит в краткосрочной перспективе добиться следующих значимых результатов:


  • ликвидация отставания в объеме и уровне использования ИТ в экономике, государственном управлении и общественной жизни;

  • развитие системы образования, прикладных и фундаментальных исследований в области ИТ;

  • развитие отечественных центров разработки информационных технологий мирового класса за счет расширения интеграционных связей между фундаментальной и прикладной наукой, системой образования и промышленностью, в том числе международных;

  • изменение структуры затрат (в т.ч. государственных структур) на ИТ и переориентацию финансовых потоков на отечественный рынок (импортозамещение);

  • повышение конкурентоспособности отечественных ИТ-продуктов на отечественном и мировом рынках.

СпбГПУ и Институт полимеров включены в техническую платформу «Новые полимерные композиционные материалы и технологии» (координатор платформы – ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов»).

Технологическая платформа «Новые полимерные композиционные материалы и технологии» создается в целях концентрации финансовых и административных ресурсов, направленных на создание современной отрасли по производству нового поколения углеродных наполнителей, высокодеформативных высокопрочных связующих и полимерных композиционных материалов, включающей полный логистический цикл переработки от исходного сырья до конечного продукта — изделий из ПКМ для различных отраслей промышленности и товаров народного потребления.



Основными задачами, решаемыми в рамках платформы, являются:

  • широкое привлечение результатов фундаментальных и фундаментально-ориентированных исследований институтов Российской Академии Наук, государственных научных центров и учреждений высшей школы для достижения стратегических, научных, технологических и производственных задач;

  • разработка и реализация учебных планов и образовательных программ для подготовки и переподготовки профильных специалистов инженерного, научного состава, профессиональных рабочих и управленческих кадров, привлечение и закрепление на предприятиях и организациях отрасли перспективных молодых специалистов и ученых;

  • существенное снижение затрат на материалы, технологические процессы и потребление энергоресурсов, повышение производительности труда за счет реализации новых технологических подходов, снижение стоимости изделий из полимерных композиционных материалов и существенное расширение их функциональных возможностей;

  • объединение усилий представителей науки, государства, гражданского общества и бизнеса, заинтересованных в организации совместной деятельности по активизации усилий по созданию перспективных коммерческих технологий, новых продуктов и услуг;

  • стимулирование инноваций, расширения научно-производственной кооперации и формирование новых партнерств, поддержки научно-технической деятельности и процессов модернизации предприятий, применяющих новое поколение полимерных композиционных материалов;

  • разработка стратегических планов, проведения исследований и разработок в области полимерных композиционных материалов, технологий их переработки и их внедрения с помощью всех заинтересованных сторон;

  • совершенствование нормативно-правового регулирования в области применения полимерных композиционных материалов.

Ключевые компетенции Завода «КП»:

  • создание специальных рецептур и выпуск инновационных технических изделий из композиционных полимерных материалов;

  • переработка полимерных материалов с наполнителями для повышения физико-механических характеристик (молибден, кокс, графит, фторопласт, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, микроволластонит, карбид кремния, сурьма, минералы, углеродные нанотрубки, стекловолокно, в т.ч. длинное стекловолокно), а так же для снижения материалоемкости (тальк);

  • разработка перспективных технологических процессов переработки новых композиционных материалов:

  • литьё под давлением конструкционных (в том числе наполненных) материалов, реализация системы управления параметрами литья изделий;

  • экструзия погонажных изделий технического назначения круглого сечения (стержневидных, трубовидных) из СВМПЭ и фторопластов;

  • прессование (подготовка композиций, компаундирование, таблетирование, вакуумирование, предразогрев) конструкционных магнитонаполненных материалов на основе СВМПЭ;

  • формование резин, в т.ч. наполненных (карбонильным железом, минеральными наполнителями, СВМПЭ), выпуск изделий с заданными свойствами.

  • формование резинометаллических изделий (в т.ч. габаритных), технологии восстановления изделий, бывших в эксплуатации;

  • прессование термореактивных материалов с закладными металлическими элементами, с последующим напылением на металл СВМПЭ;

  • отработка и применение технологий нанесения полимерных покрытий из передовых конструкционных материалов на различные поверхности:

  • покрытия на основе СВМПЭ и композиционных материалов на его основе, для защиты поверхностей (бетон, металл) от коррозии, разрушения и агрессивных сред;

  • покрытия на основе полиуретанов, для придания различным поверхностям тепло и гидроизоляционных свойств;

  • изготовление технических изделий с уникальными заданными свойствами в соответствии с требованиями заказчика:

  • изделия, обладающие высокими ферромагнитными и диамагнитными свойствами (детали для межрельсовых изолирующих стыков);

  • высокопрочные изделия, прочностные показатели, которых при различных схемах нагружения, превышают показатели исходного материала от 1,5 – 2,0 раз, до десятков раз (детали для межрельсовых изолирующих стыков);

  • изделия, позволяющие снизить нагрузку от узла эксплуатации, а так же увеличить срок службы узла в целом (поддерживающие ролики систем транспортирования);

  • изделия, позволяющие получить требуемые коэффициенты трения в паре, а так же высокую износостойкость (детали тележек грузовых и пассажирских вагонов);

  • изделия, обеспечивающие герметизацию и защиту различных соединений (фтор-силиконовая лента);

  • сложные составные изделия, детали которых, получены различными методами переработки.

  • лабораторное и стендовое тестирование материалов и изделий;

  • комплексные решения по проектированию, изготовлению и эксплуатации сложной технологической оснастки по индивидуальным требованиям заказчика.

В 2011-2012 гг. НИУ ИТМО совместно с Российско-корейским центром проектирования оптических систем, Техническим университетом Ильменау и Институт полимеров, при участии СПБГУ, Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф.Устинова, ПГУПСа и др. выполнили по заказу ООО Завода по переработке пластмасс имени «Комсомольской правды» ряд НИОКРов и ОКРов.

Стратегическая цель проведенных НИОКРов, ОКРов и ОТРов:

Проведение научных исследований, разработка и проектирование «прорывных» инновационных технологий и изделий с заданным свойствами с сопровождением в производстве новых изделий в рамках интегрированной платформы систем виртуального моделирования.
Разработка карликовых светофоров в корпусах из конструкционного полимерного материала с комплектами полимерных оптических линз с расчетной силой света.

Описание работы: опыт эксплуатации железнодорожных светофоров, где в качестве источников света используются лампы накаливания, позволяет сделать вывод, что их технико-экономические показатели не высоки:

  • Срок службы светофорных ламп не превышает 2 000 часов;

  • Лампы имеют низкую надежность, 0,2 % отказывают до истечения установленного срока службы;

  • Использование в качестве линз светофоров обычного стекла приводит к массовому их повреждению от вандализма. Применение защитных решеток не в полной мере гарантирует целостность линзовых комплектов, при этом снижается дальность видимости огней светофоров. Ежегодно по этой причине приходится менять до 5 % линзовых комплектов светофоров;

  • Использование металлических корпусов требует обязательной антикоррозионной защиты, такие корпуса тяжелые и применение в конструкции корпусов из негорючего полимерного материала снизит вес корпуса светофора при сохранении его прочностных характеристик.

Совместное использование таких корпусов с разработанными в последние годы мощными полупроводниковыми источниками света на светодиодах, имеющими по сравнению с лампами накаливания более высокую светоотдачу, высокую надежность, длительный ресурс работы позволяют создать на их базе новую конструкцию железнодорожного карликового светофора.

Срок службы таких светофоров составит не менее 20 лет, а средняя наработка на отказ 50 000 часов.

Изготовление корпусов карликовых светофоров из конструкционного полимерного материала дополнительно обеспечат наряду с легкостью, прочностью и вандалоустойчивостью конструкции, стойкость к ультрафиолету и степень огнестойкости ПВ 0, такие корпуса могут эксплуатироваться в пределах температур от -60ºС до +90ºС, а вес комплектующих изделий корпуса будет в 1,5-2 раза меньше, чем существующий сегодня металлический светофор.

В связи с этим потребность в карликовых светофорах в корпусах, их конструкционного негорючего полимерного материала составит не менее 6000 шт. в год.



Результаты работ и их новизна: в результате выполнения работ создана в короткие сроки с высоким качеством опытная партия карликовых светофоров в корпусах из негорючего полимерного материла для одно-, двух- и трехзначных светодиодных светофорных головок, унифицированных как под ламповые, так и светодиодные светооптические системы (ССС) различных изготовителей, обеспечивающих малообслуживаемость этих изделий, вандалозащищенность корпусов карликовых светофоров, комплектов полимерных оптических линз с расчетной силой света. Данные изделия отвечают современному уровню состояния науки, технологии, производства и обеспечивают высокую надежность в работе и безопасность движения на железнодорожном транспорте.

Для выполнения работы была выстроена интегрированная распределенная система проектирования, прототипирования и подготовки производства изделий, т.к. в кооперационной сети по созданию карликового светофора участвуют предприятия из г. Москвы, СПб, Армавира, Екатеринбурга и др. в рамках концепции управления всем жизненным циклом изделия.

Созданы методики подбора композиционных материалов для изготовления корпусов светодиодных приборов, расчета и разработка дополнительной линзы для светофора для РЖД».

Применение компьютерного моделирования (на основе математических моделей и симуляционных расчетов) материалов, полученных с использованием различного рода добавок, на предмет наличия у них заданных свойств (например, возможность использования в агрессивных средах) с применением CAD/CAE/CAM – систем позволили быстро и точно спроектировать и произвести опытный образец изделия.



Моделирование поведения изделий и их элементов в реальных условиях эксплуатации позволит предусмотреть на этапе проектирования влияние нагрузок на изделие.

В совокупности использования программ Digimat, Moldex3D, Zemax, Code V позволяют создать оптимальную конструкцию светофора, спроектировать оснастку и произвести корпусные детали и оптические изделия с оптимальным световым потоком, провести инженерный анализ в программе Samcef.

Исследования проведены в соответствии с направлениями технологического развития, поддерживаемыми в рамках Технологической платформы «Новые полимерные композиционные материалы и технологии».

Цель работы: для обеспечения потребности железных дорог в новых типах светофоров необходимо разработать и поставить на производство карликовые светофоры со светодиодными, светооптическими системами, с корпусом из негорючего, химически стойкого и вандалоусточивого конструкционного полимерного материала согласно применяемой номенклатуре.

По состоянию на сегодняшний день на сети железных дорог ОАО «РЖД» не имеется в эксплуатации карликовых светофоров в корпусах из негорючих полимерных конструкционных материалов. Существующие корпуса карликовых светофоров подвержены воздействию внешних факторов, требуют защиты от вандализма, и конструктивные решения эксплуатируемых карликовых светофоров не обеспечивают в полной мере их безопасную эксплуатацию, так как требуют постоянного контроля со стороны эксплуатационного персонала.

Кроме того наличие бликов при подаче сигналов оказывает влияние на организацию движения и маневровую работу.

Аналогов корпусов карликовых светофоров из негорючего конструкционного полимерного материала в настоящее время не существует.



Метод или методология проведения работы: в рамках реализации проекта был выполнен НИР «Подбор композиционных материалов для изготовления корпусов светодиодных приборов».

В ходе выполнения работы был выполнен аналитический обзор существующих полимерных материалов, осуществлен выбор конструкционного полимерного материала с наполнителями и специальными добавками, обладающего огнестойкостью, морозостойкостью, влаго- и маслостойкостью, стойкостью к УФ- излучению, ударопрочностью и отработка технологических режимов изготовления корпусов оптических приборов, работающих в разных климатических условиях с проверкой заданных свойств полимерного материала методом математического моделирования с целью создания корпусов для оптических приборов (светофоров) из конструкционного полимерного материала взамен чугунных и силуминовых, для облегчения веса светофора, обеспечения стойкости к удару, стойкости к температурам, воде и маслу, абразивостойкости и герметичности таких корпусов.

В новой парадигме моделирование полимерных композиционных материалов (далее ПКМ) невозможно осуществлять без понимания областей их применения и прогнозирования перспектив использования в конкретных компонентах, элементах, приборах или функциональных системах, и существует огромный потенциал в комплексном моделировании материалов и изделий в единой информационной среде, что позволит значительно сократить жизненный цикл разработки нового материала.

Одним из основных направлений исследований в области создания и применения новых ПКМ является разработка интегрированной распределенной среды, включающей комплексный набор инструментов, методов, технологий моделирования и управления свойствами материалов на всех этапах его разработки (от прототипа до промышленного внедрения) и на всех уровнях его изучения (от атомного и молекулярного до макро-уровня и функциональных систем и компонентов).



НИОКР «Создание интегрированной распределенной системы проектирования, прототипирования и подготовки производства изделий».

Специалисты НИУ ИТМО, основываясь на широком спектре решенных задач по созданию интегрированных распределенных систем, разработали систему на базе SmarTeam для обеспечения информационной согласованности работы всех участников кооперации. Требуется организовать их деятельность в едином информационном пространстве (ЕИП), где каждому специалисту предоставлена возможность свободно пользоваться необходимой информацией о реализуемых проектах и потенциальных исполнителях. Ядром ЕИП является система централизованного управления данными PDM SmarTeam для обеспечения оперативного обмена информацией и согласованной работы участников проекта. Для организации удаленного доступа к единой базе данных SmarTeam предлагается использовать специальное сетевое оборудование и настройки VPN-соединения (рис. 1.1).

Рис 1.

Процесс организации ЕИП для объединения нескольких компаний отличается от процесса построения ЕИП в пределах одного предприятия, поскольку требует учета следующего фактора: состав информационных систем и инструментальных средств одной организации может полностью не соответствовать программным системам другой, за исключением таких широко распространенных решений, как MS Office. По этим причинам на этапах подготовки производства и производства совместное использование информации об изделии, процессах и ресурсах не всегда будет эффективно. Даже не смотря на то, что средства просмотрощика PDM SmarTeam позволяют просматривать более 450 форматов файлов без запуска внешних приложений. Поэтому для предприятий на время реализации совместного проекта можно организовать помимо доступа работы со SmarTeam, также и доступ к различным инструментальным системам, которые полностью интегрированы между собой (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема организации централизованной архитьектуры ЕИП на базе Enovia Smarteam.

Большой спектр применяемых в мире программных систем (САПР) требует проведения их анализа и определения целесообразности применения для решения конкретных задач. Преимущества получают системы, включающие наибольшее количество математических моделей материалов, а разработчики математического и программного обеспечения систем имеют постоянное взаимодействие с разработчиками новых материалов.

Для проектирования технических изделий с заданными свойствами и сложных пресс-форм и оснастки необходимо применение различных CAD/CAE/CAM – систем.

При выборе САПР-систем необходимо учитывать возможность интеграции их с лабораторными и стендовыми комплексами, обладающих собственным программным обеспечением и ужесточение требований к жизненному циклу применяемых и разрабатываемых конструкций и их элементов. Ужесточение требований значительно увеличивает сроки испытаний и внедрения (годы), а в условиях быстро развивающегося рынка инновационных решений, новых конструкций и материалов приводит к их моральному устареванию еще на стадии испытаний. Прямой перенос европейских технических решений в наши эксплуатационные условия не всегда эффективен вследствие существенного влияния реальных климатических условий и условий эксплуатации.

Поэтому принято решение о создании Национального центра динамических испытаний транспортной отрасли (ЦДИ), который позволит достичь следующих научных и технических результатов:


  • оценка динамических и прочностных характеристик конструкций, узлов, элементов, материалов дорожных покрытий автомобильных дорог, летных полос аэродромов, железнодорожного пути на основе статических, динамических, вибрационных, ударных и иных испытаний в различных климатических условиях;

  • создание системы мониторинга и инструментального контроля при строительстве и эксплуатации железнодорожного пути, дорожного покрытия автомобильных дорог, летного поля, обеспечение безопасности;

  • определение причин возникновения проблемных мест, разработка и проверка методов и технологий их устранения;

  • определение взаимодействия движущихся объектов, грунта и сооружений;

  • оценка вибрации, шума, аэродинамических нагрузок;

  • развитие теоретических и фундаментальных исследований;

  • проверка расчетных методов и широкое использование методов математического моделирования поведения железнодорожного пути, дорожного покрытия автомобильных дорог, летных полос аэродромов.

Данные крупномасштабного динамического стендового моделирования для дорожных покрытий автомобильных дорог, летных полос аэродромов, железнодорожных путей, конструкций и их элементов в условиях моделирования различных климатических зон, динамических эксплуатационных нагрузок в сочетании с имитацией высоких скоростей движения позволят использовать их для оценки применения в проектных решениях, производственных технологиях, строительстве, ремонте и обслуживании в зависимости от воспринимаемых динамических нагрузок.

В состав стенда включены:



  • комплексный стенд для испытаний средств железнодорожной автоматики и телемеханики, объектов электроснабжения массой до 0,6 т в экстремальных условиях, включающий климатическую камеру, оснащенную установкой трехосного вибрационного воздействия с частотой нагружения до 400 Гц и технические средства, позволяющие проводить испытания объектов в работающем состоянии. В климатической камере должно создаваться совместное действие различных факторов (температура, дождь, ультрафиолетовое излучение) и вибрационная нагрузка в условиях воздействия динамической пыли.

Исходя из вышеперечисленного, крайне важно заранее интегрировать системы моделирования и проектирования изделий, оснастки и пресс-форм с программным обеспечением, которое планируется использовать в ЦДИ.

Особое значение необходимо уделять организации информационного обеспечения с учетом использования распределенной среды и обеспечением удаленного доступа, а также необходимостью создания базы данных сложной структуры, содержащей сведения о материалах, изделиях, технологиях и интегрированной с системами моделирования. Выбор направлений исследований позволит определить совокупность программных решений, на основе которой будет построена интегрированная среда для решения задач по проектированию изделий из новых полимерных композиционных материалов с учетом анализа конструкций изделий и технологий изготовления.



Тема НИОКР: «Проведение исследований в области информационно-телекоммуникационных систем для решения задач Технологической платформы «Новые полимерные композиционные материалы и технологии» для создания распределенного конструкторского бюро. Анализ возможности внедрения результатов исследования".

В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции без применения CAD/CAM/CAE-систем. За последние годы CAD/CAM/CAE-системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. Современные CAD/CAM/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая, тем самым, ее конкурентоспособность).

Были рассмотрены современные CAD/CAM/CAE-системы, программы для расчета оптических систем, методы передачи данных между системами. Определены оптимальные наборы программ для решения конкретных задач. Т.к. для проведения сложного моделирования необходимо наличие мощных вычислительных ресурсов, была рассмотрена возможность применения «облачных» технологий.

В ходе проведенной работы были выполнены:



  • обзор и анализ современного информационного обеспечения методов и средств создания интегрированных систем проектирования и производства изделий из ПКМ, на основании чего в качестве базовой технологии построения единой интегрированной информационной среды (платформы) выбрана PLM-технология;

  • обзор и анализ современных методов и средств инженерного анализа и оптимизации конструкций, на основании которого в качестве базового решения выбрана система Samcef (компания Samtech, http://www.samtech.com);

  • обзор и анализ современных методов и средств компьютерного проектирования новых ПКМ, на основании которого в качестве базового решения выбрана система Digimat (компания e-Xstream engineering, http://www.e-xstream.com);

  • обзор и анализ современных методов и средств инженерного анализа и оптимизации технологических процессов изготовления изделий, на основании которого выбрана система Moldex3D (компания CoreTech System, http://www.moldex3d.ru);

  • так же был согласован перечень требований к программно-аппаратным средствам ИРС и технологии организации удаленного доступа к ней.

Проведена Опытно-конструкторская работа по теме: «Моделирование технологии изготовления различных изделий, моделирование поведения изделий и их элементов в реальных условиях эксплуатации».

Работа выполнена с использованием методов прямого и обратного реинжиниринга с применением программ SolidWorks, Moldex3D и Digimat.

Цель работы – проанализировать причины возникновения проблем при производстве и эксплуатации полимерных изделий и предложить технические и технологические решения по исправлению проблемных участков, возникших при управлении жц изделия.

Моделирование корпуса для карликового светофора и корпусных изделий с шарниром из композиционных материалов.

По результатам моделирования материала PA66 стеклонаполненного в программе Digimat было установлено, что большое влияние на характеристики материала дает размер и ориентация включений (рис. 1):

Рисунок 1. Задание параметров включений (массовое содержание =25%, соотношение длины волокна к его ширине = 26, ориентирование преимущественно по оси Х).
Влияние заданных нами параметров стекловолокна оценивалось по наклону графика зависимости напряжение-деформация (рис.2):

Рисунок 2. Графики зависимостей деформация-напряжение для смоделированного материала с ориентацией волокон 900 относительно оси 3 (Z) (зеленая линия), материала полученного по паспортным данным (красная линия), и материала с равномерным распределением волокон с небольшим преимуществом ориентации по оси Х (синяя линия).

Поэтому в процессе изготовления изделий, конструирования пресс-форм, подбора технологических параметров литья необходимо учитывать возможную ориентацию волокон, тем самым предугадывая места с большим внутренним напряжением, короблением. Также в работе рассматривались методы введения наполнителей в полимерную композицию. Как предполагалось ранее введение в полимерную композицию стекла на экструдере является технологически сложным, так как при этом трудно гарантировать равномерное распределение наполнителя в полимерной матрице, а значит и физико-механические характеристики материала значительно при этом ухудшаются. В случае изменения композиции или ее доработки необходимо обратиться на предприятия-изготовители данного сырья, с просьбой создания опытной партии материала с требуемыми характеристиками.

При моделировании проливаемости козырька светофора из PA66 BASF Ultramid A3XZG5, по выбранному оптимальному режиму для данного материала, который предлагает программа Moldex3D, на «ушках» изделия наблюдается сильное коробление, что указывает на влияние ориентации наполнителя в процессе литья (рис. 3).

Рисунок 3 Пролитое изделие козырек из PA66 BASF Ultramid A3XZG5 в Moldex3D

Большое коробление изделий не желательно, так как оно снижает точность изготовляемых изделий, что влечет за собой некомплектовку изделий. Коробление изделий можно снизить подбором технологических параметров процесса литья под давлением (давление выдержки, температура формы, охлаждение, давление, скорость впрыска, и т.д.), влияние изменения характеристик изготовления изделия на его коробление можно оценить в программе Moldex3D. Если коробление изделия и в процессе моделирования процесса и на практическом опыте получения отливок изделия не удовлетворяет желаемым результатом, то техническим решением данной проблемы является использование оправок.



Для конечной оценки правильного выбора материала, конструкции изделий, проектируемой пресс-формы, технологических параметров изготовления изделий необходимо проведение компьютерного инженерного анализа проектируемых изделий методом конечных элементов.

Инженерный анализ имеет целью наиболее эффективным способом без затрат на натурные эксперименты повысить эффективность изделий и технологии. Для чего проводена работа по составлению ТЗ на моделирование воздействий на установленный светофор для программы Samcef.



Корпусное изделие с шарниром.

При изготовлении опытной партии корпусного изделия с шарниром и защелкой возникли следующие проблемы: разрушение изделия при его сборке и по шарниру и по защелке.

Моделирование проливаемости изделия в Moldex3D (рис.4) показало, что при литье изделия в 3-ем горячем канале, который подходит к защелке происходит застой расплава (неравномерная смена расплава в системе горячего канала пресс-формы), связанный с тем, что объем расплава, в несколько раз превышает объем самой защелки. В результате чего происходит значительный перегрев материала (т.е. деструкция полимерного материала), что сказывается на физико-механических показателях.

Рисунок 4 Пролитое корпусное изделие с шарниром и защелкой из ПП в Moldex3D

Решение данной проблемы - заглушить этот литниковый канал, увеличив толщину шарнира на защелке и обеспечив хорошую проливаемость защелки через горячий канал на крышке.
Разрушение изделия при его закрытии в области шарнира, как было замечено, происходит не по шарниру, а по корпусу, то есть имеется место спая (встречи двух потоков расплава), что было показано на проливаемой модели изделия в программе Moldex3D (рис. 4).

Также из имеющегося опыта испытания корпусных изделий на определение прочностных характеристик было установлено, что получаемые показатели имеют большой разброс в пределах одной отобранной партии, что говорит о том, что возможно происходит неравномерное распределение добавки ПЭВД в ПП (так как их смешение происходит вручную в телегах), поэтому на данном этапе не возможно оценить влияние ударопрочной добавки Adflex. Программа Digimat не может моделировать смеси полимеров, а упругая модель ПП (рис. 5) не дает полной оценки физико-механических параметров, влияющих на прочностные характеристики ослабленных мест изделия.

Рисунок 5. Упругая модель ПП в программе Digimat.

Так как оценить полимерную композицию в программе Digimat не возможно – требуется принятие решения аналитическим способом. Выбран материал с относительным удлинением не менее 600%: поэтому расмотрены марки сополимеров полипропилена.

В результате возникших проблем при запуске корпусного изделия была сделана доработка шарнира – была создана неравнотолщинность и больший радиус закругления шарнира.

В данном пункте также рассматривалось возможное накопление напряжений при закрытии изделия по шарниру, которое распространяется на более слабые участки изделия (места спая изделия). Поэтому для снижения возникающего напряжения было предпринято действие по изменению размеров и конфигурации шарнира. В результате полученные изделия при сборке не имели явных сгибов по шарниру.

В соответствии с проведенными исследованиями сформулированы основные подходы к созданию ИРС: выбраны на основе установленных критериев базовые системы, выполняющие моделирование производственных процессов изготовления изделий из ПКМ методом литья под давлением; моделирование свойств новых материалов, проектируемых с учетом заданных эксплуатационных требований к изделию; расчет и моделирование различных характеристик изделия с применением CAE-систем, использующих конечно-элементный анализ.

Технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов исследований показывает, что стоят важные задачи по формированию комплекса технологических решений, связанных с созданием новых полимерных композиционных материалов и изделий с их применением.

В связи с этим, большое внимание оказано детальному изучение вопросов перехода в оптической промышленности к использованию полимерной оптики и адаптация результатов НИОКР к данной отрасли.

Выполнение НИОКР «Методика расчета и разработка дополнительной линзы светофора».

Специалистами НИУ ИТМО и Российско-корейского центра проектирования и оптических систем был проанализирован мировой опыт применения линзовых светофоров (англ. colorlight signal).

Они имеют для каждого отдельного сигнального огня отдельный комплект, состоящий из патрона с лампой (и часто — системы для настройки фокусировки при установке), и линзового комплекта, состоящего из нескольких линз (обычно ступенчатых и выпуклых для возможно лучшего использования светового потока) и светофильтров соответствующего цвета. В России линзовый комплект состоит из внутренней ступенчатой цветной линзы-светофильтра и наружной бесцветной ступенчатой линзы. Основные недостатки такого устройства — относительно низкая экономичность (мощность лампы накаливания обычно составляет 25 Вт, также встречаются лампы мощностью 15 и 35 Вт) из-за плохого использования светового потока (всего 25-30 %), а также возможность смешения показаний при попадании солнечных лучей в линзовые комплекты (из-за этого невозможно применять зеркала, которые сильно улучшили бы использование светового потока).


Моделирование линз для светофоров.

Для выбора оптимального оптического материала проводился аналитический обзор. В работе были рассмотрены материалы, которые подходят для изготовления оптических изделий.

К прозрачным полимерным материалам относятся:


  • полиметилметакрилат (ПММА);

  • полистирол (ПС);

  • сополимер акрилонитрила (САН);

  • поликарбонат (ПК) и т.п.

По светопропусканию ПММА превосходит ПК, но он имеет ряд недостатков, во-первых, у него высокое водопоглощение по сравнению с ПК, а, значит, при использовании во влажной среде этот материал значительный промежуток времени будет иметь более высокую способность к деформации, чем остальные пластики, и, во-вторых, по ударной прочности значительно уступает ПК. Поэтому необходимо рассмотреть различные марки ПММА с повышенной ударной прочностью. Необходимо иметь постоянно обновляемую базу данных по материалам, чтобы отслеживать материалы с повышенными характеристиками.

При этом необходимо отметить, что при увеличении толщины изделия уменьшается коэффициент светопропускания (например листы из ПК- табл.1), что тоже необходимо учитывать при проектировании оптического изделия.

Таблица 1 Зависимость светопропускания от толщины листа для ПК

Толщина листа (мм)

Светопропускание

Прозрачный

Молочный

Дымчатый

4,0
6,0
8,0
10,0
16,0
20,0

85%
83%
82%
81%
78%
74%

73%
64%
63%
62%
57%
54%

52%
45%
42%
32%
32%
30%

Для расчета и разработки неизображающих оптических систем, в конкретном случае для оценки силы света спроектированных оптических систем из полимерных материалов, используются программа Zemax, Code V.

Рисунок 8- Интерференционная картина, полученная при проливании изделия в Moldex3D



Рисунок 9 - Схема оптическая рассеяния света от комплекта

В ходе работы были спроектированы и рассчитаны профили рассеивателя с разными значениями силы света под различными углами. Анализ данных, полученных в Moldex3D Optics, в программе Code V показал, что интерференционная картина не влияет на силу света в изделиях неизображающей оптике.

Таким образом, компьютерное моделирование - процесс конструирования модели реального объекта (системы) и постановки вычислительных экспериментов на этой модели с целью либо понять (исследовать) поведение этой системы, либо оценить различные стратегии (алгоритмы), обеспечивающие функционирование данной системы. Таким образом, процесс компьютерного моделирования включает и конструирование модели, и ее применение для решения поставленной задачи: анализа, исследования, оптимизации или синтеза (проектирования) технологических процессов и оборудования.


С помощью модели можно сравнивать альтернативные варианты построенных изделий с измененными параметрами. Модель также позволяет дать количественный прогноз актуального поведения материала под нагрузкой. Моделирование в целом позволяет обоснованно принимать решения по конструктивным особенностям изделий, материалам из которых они изготовлены.


В совокупности программы Digimat, Moldex3D Optics, Zemax, Code V позволяют создать оптимальную конструкцию светофора, спроектировать оснастку и произвести корпусные детали и оптические изделия с оптимальным световым потоком, провести инженерный анализ в программе Samcef.

Основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики.

Основные эксплуатационные показатели корпусов карликовых светофоров из негорючего полимерного конструкционного материала:

Состав изделия и требования к конструкции.

Полимерные корпуса для карликовых светофоров должны комплектоваться следующими деталями:



  • необходимое для данного типа карликового светофора число секций;

  • колпаком для каждой секции;

  • козырек для каждой секции;

Конструкция корпусов карликовых светофоров должна быть максимально унифицирована и рассчитана одновременно для использования, как с линзовыми, так и светодиодными светооптическими системами.

Конструкция корпусов карликовых светофоров из полимерных конструкционных материалов должна обеспечить их установку в соответствии с ГОСТ 9238-83 «Габариты приближения строений и подвижного состава железных дорог колеи 1520 (1524) мм» по габариту С должна составлять:



  • для одноголовочных в междупутье – 4200 мм;

  • для двухголовочных в междупутье – 4460 мм;

  • для одноголовочных с квадратным щитом в междупутье – 4490 мм.

Степень защиты от внешних воздействий для корпусов карликовых светофоров из полимерных конструкционных материалов должна – IP 54.

Электрическая изоляция между токоведущими частями светофора и стенками корпуса из полимерного конструкционного материала должна выдерживать без пробоя (и явлений разрядного характера) от источника мощностью не менее 0,5 кВА испытательное напряжение переменного тока 50 Гц в течении 1 мин:



  • в нормальных климатических условиях (по ГОСТ 15150-69) – 1,5 кВ;

  • при воздействии верхнего значения величины влажности воздуха – 100%, температура окружающей среды (25+10) оС – 0,9 кВ.

В случае применения защитных лакокрасочных покрытий полимерного корпуса должны соответствовать условиям эксплуатации по группе УХЛ 4 (8) (по ГОСТ 9.104-79), а по внешнему виду поверхности отвечать требованиям класса VII (по ГОСТ 9.032-74).

Лакокрасочные, (как наружные, так и внутренние) покрытия и предупреждающая окраска корпусов карликовых светофоров по ТБ и ОТ должны выполняться предприятием – изготовителем, на срок эксплуатации светофора - не менее 10 лет.

Качество покрытий не должно способствовать загрязнению наружных поверхностей корпуса светофоров, внутреннее покрытие (или конструкционный материал корпуса карликового светофора) не должны способствовать появлению капель конденсата.

Корпуса карликовых светофоров должны быть малообслуживаемыми, унифицированными, защищенными от несанкционированного проникновения внутрь и наружных механических повреждений посторонними предметами. Их конструкция должна обеспечивать удобство и оперативность проверки работоспособности, замены деталей и узлов.

Конструкция замков корпуса карликовых светофоров из полимерного конструкционного материала должна обеспечивать возможность их вскрытия только специальными ключами обслуживающим персоналом.

Для корпусов карликовых светофоров не должны быть применены детали из цветных металлов и сплавов.

Основные параметры.

Светодиодная светооптическая система должна крепиться в корпусе карликовых светофоров на три шпильки М6, а линзовая на две шпильки М6.

Длина козырьков для головок карликовых светофоров должна быть равна 300+5 мм.

Конструкция двухзначной и трехзначной светофорных головок должна обеспечивать взаимную параллельность оптических осей светооптической системы светофора с погрешностью не более 20 угл. мин.

Поверхности для установки светооптической системы на двух- и трехзначных головках карликовых светофоров должны иметь допуск по параллельности плоскостей между собой не более, чем 0,7 мм (на диаметре 256мм).

Корпус карликового светофора из полимерного конструкционного материала, предназначенный для работы в условиях умеренного и холодного климата УХЛ - имеет категорию исполнения 1 (по ГОСТ 15150-69) и должен иметь диапазон рабочих температур от -60 до +55 оС, а для работы в условиях умеренного климата (У) – той же категории исполнения 1 (по ГОСТ 15150-69) должен иметь диапазон рабочих температур от -45 до +55 оС. Корпуса карликового светофора и комплектующие их изделия должны обладать:



  • устойчивостью к изменению температур от -60 до +65 оС при исполнении УХЛ 1, или от -50 до +60 оС при исполнении У1 и УХЛ 1;

  • устойчивостью к воздействию инея и росы;

  • устойчивостью к воздействию дождя;

  • устойчивостью к воздействию абразивной пыли;

  • устойчивостью к воздействию солнечного излучения;

Корпус карликового светофора с комплектующими их изделиями должен выдерживать следующие механические нагрузки:

  • виброустойчивость при вибрационных нагрузках в диапазоне частот от 1 до 100 Гц и амплитуде ускорения 10 м/с2 (1g);

  • удароустойчивость при воздействии многократных ударов с максимальным ускорением 30 м/с2 и длительностью импульсов в диапазоне от 5 до 40 мс;

  • прочности после транспортировки автомобильным или железнодорожным транспортом при жестких условиях «Ж» (по ГОСТ 23216-78).

При испытаниях корпусов карликового светофора, как особо ответственных изделий (согласно ОСТ 32.146-2000) механические нагрузки при испытаниях должны быть удвоены.

Попадание на корпус карликового светофора лучей от посторонних источников света (солнечные лучи, лучи от локомотивных прожекторов и т.д.), как на переднюю плоскость, так и на заднюю (светофорную головку) не должны вызывать отсвет, который бы можно было принять за сигнал.

Корпус карликового светофора не должен излучать свет от установленной в нем светооптической системы в обратном направлении.

В соответствии с ОСТ 32.146-2000 светофоры, а так же комплектующие их изделия должны относиться к классу безотказности НЗ.

Корпус карликового светофора в соответствии с требованиями ГОСТ 27.003-90 должен иметь следующие показатели надежности:

- средняя наработка светофора на отказ из-за неисправности корпуса не должна быть менее 50000 часов;

- средний срок службы до списания светофора из-за изношенности корпуса не должен быть менее 20 лет;

- критерием неисправности корпуса может служить повреждение узлов крепления узлов и деталей, появление трещин, изменение геометрических размеров в процессе эксплуатации.

Корпуса карликовых светофоров должны быть пожаробезопасными по ГОСТ 12.1.004-91, а конструкционные материалы из которых изготовлены все детали корпуса должны быть трудногорючими по ГОСТ 12.1.044-89.

Конструкция корпуса карликового светофора должна обеспечивать его обслуживание в соответствии с ГОСТ 12.2.007.0-75 и ПОТ РО-13153-ЦШ-877-02 «Отраслевые правила по охране труда при техническом обслуживании и ремонте устройств СЦБ на Федеральном железнодорожном транспорте».

Конструкция корпуса карликового светофора должна иметь удобный доступ для проведения монтажных, регулировочных работ, обслуживания и осмотра в условиях эксплуатации.

По способу защиты человека от поражения электрическим током корпуса карликовых светофоров должны относиться к классу «0» по ГОСТ 12.2.007.0.

Корпуса карликовых светофоров не должны содержать вредных для здоровья примесей и исключать вредное воздействие на обслуживающий персонал и на окружающую среду.

Поскольку разрабатываемые полимерные корпуса карликовых светофоров являются только элементом карликового светофора, то суммарный экономический эффект будет достигаться в целом как от использования новых корпусов, так и применяемой светодиодной оптической системы.

Разработанные в последние годы мощные полупроводниковые источники света на светодиодах, имеющие по сравнению с лампами накаливания более высокую светоотдачу, высокую надежность, длительный ресурс работы позволяют создать на их базе конструкцию железнодорожного светофора.

Параметры светодиодных головок переездных светофоров разработки Транс-Сигнал, УОМЗ, РоСАТ значительно превышают параметры ламповых линзовых комплектов и это предпосылка возможности создания высокоэффективных железнодорожных светофоров.

Срок службы светофоров составит 20 лет, а средняя наработка на отказ 50000 часов. Светооптические параметры светодиодных светооптических систем значительно выше ламповых линзовых комплектов, что значительно увеличивает дальность видимости светофоров. Светодиодные светооптические системы должны иметь высокопрочную полимерную систему линз, исключающую ее повреждение от вандализма.

Степень внедрения: спроектирован и произведен комплект пресс-форм для корпуса светофора, создан прототип и опытный образец изделия для ОАО «РЖД».

Спроектирован и произведен комплект пресс-форм для корпусных деталей светофора, выпущена опытная партия для компании РоСАТ г.Армавир.

Спроектирован и произведен комплект пресс-форм для линз светофора, выпущена опытная партия для компании РоСАТ г.Армавир.

Выполняются подготовительные работы в соответствии с методикой расчета линз для проектирования и изготовления линз РКС для магистральных светофоров для НПО «Российские системы автоматики и телемеханики».

Налажено серийное производство вторичной оптики для Светланы-Оптоэлектроника.

Для запуска серийного производства корпусов в рамках Центра оптических технологий и точного литья приобретен и запущен в августе сего года новейший термопластавтомат Engel Duo900 с выдвижной колонной, позволяющий осуществлять высокоточное литье крупногабаритных изделий – уникальная компетенция для Северо-Западного региона.

Дооснащение Центра оптических технологий и точного литья в 2013-2014гг. для производства линз с заданными свойствами:


  • Чистая комната;

  • ТПА Engel e-victory 120 + робот;

  • ТПА Engel e-victory 200 + робот.

Измерительное и лабораторное оборудование:

  • Современные программные комплексы;

  • Комплекс технических средств.

Область применения: транспортная отрасль, судостроение, авиакосмическая отрасль, ВПК, приборостроение, ЖКХ.

Прогнозные предположения о развитии объекта исследования: по итогам испытаний «карликового» светофора планируется создание опытной партии «мачтового» светофора в соответствии с п. 25а Перечня научных исследований и опытно-конструкторских разработок, утвержденного постановлением правительства РФ от 24.12. 2008 г. № 988.

Запуск серийного производства «карликового» светофора в 2013-2014 гг.

Данные научных работ будут востребованы при разработке и выпуска опытной партии «мачтовых» светофоров для ВСМ.

Расчет экономической эффективности: планируемая базовая цена светофора с трехзначной головкой со светооптическими системами при серийном производстве составит 145 000 рублей. Срок окупаемости светофора составит 13 лет.

При использовании ламповой системы экономический эффект будет достигаться также за счет снижения затрат на обслуживание- увеличение межремонтного периода и времени обслуживания светофора.



Расчёт экономической эффективности.

При внедрении светофора в негорючем полимерном корпусе со светооптическими системами (ССС) экономический эффект достигается снижением затрат от реализации мероприятий по обслуживанию светофора.



Затраты по обслуживанию светофора суммируются из:

Зто– Затраты на обслуживание согласно Отраслевым нормам времени на техническое обслуживание устройств сигнализации, централизации и блокировки;

Змат. – Затраты на материалы; Зтранс. – Затраты на транспорт;

Ззам. – Затраты на ежегодную замену 5% линзовых комплектов для базового варианта светофора; Зэл – Затраты на электроэнергию.

Затраты при базовом варианте светофора:

Збаз= Зэл.томат.транс.зам=247,03+1597,68+1096,4+293,83+=3 234,94 руб.

Затраты при новом светофоре в полимерном корпусе с ССС:

Знов= Зэл. + Зто + Змат. + Зтранс.= 115,28+265,68+1400,0+110,88= 1891,84 руб.

Экономия выражается разницей между затратами на базовый и новый светофор:

Э=Збазнов=3234,94–1891,84=1343,1руб.

(Экономия средств на первый год обслуживания).
Опытно-конструкторские работы по теме: «Анализ полученных предварительных эксплуатационных и стендовых данных для составления ТЗ по созданию модели поведения различных конструкций пути: «прямой» участок пути, «кривые различного радиуса» участка пути, стрелочный перевод, с целью комплексного проектирования различных эффективных шумо – виброгасящих элементов конструкций, необходимых для данных участков пути, и построение компьютерной модели проектирования комплекса необходимых изделий с заданными свойствами»

1. Выбор средства защиты и материалов и конструкций для шумо- и виброзащиты при прохождении транспорта по рельсовым путям, разработка конструкторской документации, изготовление пресс-формы и разработка технологического регламента на производство шумогасящего вкладыша для рельсовых путей.

2. Разработка математической модели поведения системы, аналогичной структуре балластной призмы в условиях воздействия различной вибрационной и силовой нагрузки. Сравнительный анализ результатов моделирования с данными испытаний щебня в динамических условиях.

3. Стендовые испытания по определению динамической жесткости одного из типов прокладок-амортизаторов в различных температурных условиях.

4. Исследование напряженного состояния балластной призмы при движении поездов на опытном участке пути перегона Колпино-Поповка Октябрьской железной дороги

5. Полевые испытания прокладок-амортизаторов рельсовых скреплений КБ и АРС с повышенной эффективностью виброизоляции на скоростном и грузонапряженном участках пути и амортизаторов под брусья скоростного стрелочного перевода, стендовые испытания прокладок-амортизаторов различных производителей

Опытно-конструкторские работы по теме: «Выбор полимерного материала для изделий, работающих в трибологических парах, разработка конструкторской документации и вставок в основной блок прессс-формы для изделий, работающих в паре полимер-металл и имеющих сложную форму, проведение испытаний изделий»

Описание работы: эффективно функционирующая транспортная инфраструктура является одним из важнейших условий развития СПб. Строительство и введение в строй скоростного железнодорожного сообщения между Санкт-Петербургом, Москвой и Хельсинки является примером по решению проблемы развития быстрого транспортного сообщения.

Вместе с тем, главнейшим условием использования транспортного сообщения является ее безопасность. В случае рассмотрения железнодорожного сообщения, возникает необходимость в организации и реализации следующих действий:



  • постоянного мониторинга за состоянием железнодорожного пути и вагонного состава;

  • замене пришедших в негодность конструкций, узлов и элементов;

  • создание научно-технологической и производственной базы, обеспечивающей разработку и создание нового поколения конструкций, узлов и материалов, являющихся более устойчивыми к действую эксплуатационных нагрузок и климатических условий, присущих различным регионам России и других стран, и, в то же самое время, более дешевыми.

При выполнении настоящей работы обоснование выбора типа термопластичного материала проводилось: как на примере некоторых деталей, работающих во фрикционной системе вагонов; так и по условиям нагрузок на эти детали; климатическим условиям в которых они эксплуатируются; и на том факте, что они работают в трибологических парах металл-полимер или чугун (можно отнести к деталям, работающим в тяжелых условиях эксплуатации), а также на основании анализа современного ассортимента конструкционных полимерных материалов.

В данной работе на основе разработанной математической модели поведения балластной призмы, позволившей спрогнозировать ее поведение при изменениях нагрузки и скорости движения, были приняты технические решения, которые могут обеспечивать стабильность пути в изменяющихся условиях.



Результаты выполненных работ показали необходимость разработки диагностического комплекса для определения требуемых характеристик изделий для защиты от шума и вибрации на участках железнодорожного пути с последующим техническим и технологическим обеспечением их производства.

Данный проект – многоцелевой: включает в себя разработку диагностического комплекса оборудования для снятия и обработки характеристик шума и вибрации различных участков железнодорожного пути, включающий в себя прямые участки, кривые различного радиуса, различные типы стрелочных переводов и т.д. Полученную информацию предполагается использоваться для последующего расчета и моделирования вариантов поведения пути с элементами системы шумо-виброзащиты, а также для моделирования и проектирования изделий с заданными свойствами для сложных участков пути.

Для этой цели предполагается спроектировать и создать соответствующий центр моделирования и прототипирования (на базе уже имеющегося стендов и оборудования для прототипирования), оснащенный необходимым комплексом программного обеспечения и оборудования для разработки и построения 3D моделей и прототипов изделий, требуемых для этих участков пути, технических средств и элементов изделий системы шумо-виброзащиты, что и будет являться основой для разработки необходимой технической документации и изготовления опытных партий.

В первую очередь это востребовано при производстве изделий для снижения вибродинамического воздействия при высокоскоростном и грузонапряженном движении – создание заданного модуля упругости пути за счет применения полимерных прокладок амортизаторов рельсовых скреплений, амортизаторов под шпалы и брусья, специальных шумогасящих вкладышей в шейку рельса. В настоящее время для этой цели используется набор типовых изделий, однако для оборудования сложных участков пути требуется поставка индивидуальных изделий, разработанных с применением математической модели, построением прототипов изделий, основанных на результатах стендовых и полевых испытаний.

Для моделирования необходимо и получение данных полевых испытаний с применением современных измерительных комплексов, позволяющих снять все эксплуатационные нагрузки в разных климатических условиях, воспринимаемых различными элементами пути, которые и позволят в дальнейшем создать математическую модель пути и определить влияние устанавливаемых изделий на изменение модуля упругости пути, так как данные моделирования должны быть верифицированы с данными стендовых и полевых испытаний и только в этом случае можно утверждать, что разрабатываемые и предлагаемые новые инновационные изделия будут иметь увеличенный ресурс работы.

Необходимо провести анализ условий эксплуатации, разработку и модернизацию конструкции верхнего строения пути, а также элементов придорожного базирования (щиты, стрелки, мачты и др.) по требованиям усталостной долговечности.



Результаты работы и их новизна: выбор полимерного материала для изделий, работающих в трибологических парах, разработка конструкторской документации на вставок в основной блок пресс-формы для изделий, работающих в паре полимер-металл и имеющих сложную форму, проведение испытаний изделий.

Разработка полимерных деталей, работающих во фрикционных системах на примере деталей тележек грузовых вагонов.

Разработка технологического процесса изготовления деталей полимерных с магнитопроводящими и электроизолирующими свойствами из композиций на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена.

Разработка технологического регламента на изготовление изделия «торцевой изолятор» из полиоксиметилена (ПОМ).

Разработка технологического регламента производства толстостенного изделия специального назначения с магнитошунтирующими свойствами.

Разработка технологического регламента на изготовление изделия «Прокладка стыковая» из СВМПЭ с закладным элементом.



В результате проведенных лабораторных, стендовых и натурных испытаний гарантийный срок эксплуатации фрикционных изделий составил более 500 000 км пробега, что в 1,5 раза превышает срок эксплуатации существующих изделий.

Так как жесткостные характеристики всех элементов пути являются наиболее значимыми, то при моделировании изделий основное внимание должно быть сосредоточено на создании требуемой жесткости изделий за счет геометрической формы, материала и возможного его армирования. Проведенная работа, по определению эффективности снижения вибродинамического воздействия, передаваемого балласту, показала, что только сочетание оптимальной жесткости прокладки амортизатора рельсового крепления и жесткости амортизатора под шпалу или брус могут погасить до 50% этого воздействия на разных участках пути.



Экспериментальным путем подобрана и выбрана определенная геометрия прокладок амортизаторов, и амортизаторов под шпалу и брус, разработана рецептура материала с высокими характеристиками масло, влаго и морозостойкости (до -60°С), отработаны условия армирования материала для создания заданной жесткости изделия.

Комбинация этих трех параметров и позволяет создать заданную жесткость упругих элементов для конкретных участков пути с целью снижения передачи нагрузки на подшпальное основание, обеспечить равножесткость пути и более эффективно использовать их для оснащения сложных участков пути и позволяет обеспечить заданный срок службы в 1 млрд. тонн брутто пропущенных грузов.

Цель работы: проект нацелен на разработку технологий и формирование условий по организации и проведению динамических испытаний как типовых конструкций и узлов, так и перспективных, в том числе и разработанных из различных конструкционных полимерных материалов. Технологический процесс испытаний будет включать следующие действия:

  • компьютерное моделирование (на основе математических динамических моделей и симуляционных расчетов) поведения конструкции и узлов в условиях жестких эксплуатационных нагрузок и климатических условий;

  • реальные динамические испытания данных конструкции, узлов и материалов на специальных стендах при создании адаптированных условий эксплуатации.

В рамках настоящего проекта предполагается:

  • разработать математические динамические модели, позволяющие проводить компьютерное моделирование динамического поведения типовых и новых конструкций и узлов, в том числе и созданных из различного рода конструкционных полимерных материалов, при различных эксплуатационных нагрузках и климатических условиях;

  • создать программную платформу, обеспечивающую проведение указанного выше моделирования;

  • формирование виртуального распределенного центра динамических испытаний с использованием уже имеющейся научной и производственной инфраструктуры партнеров проекта.

Комбинация компьютерного моделирования и производственных динамических испытаний призваны сократить расходы и время, как на эксплуатационное обслуживание типовых конструкций, так разработку и внедрение перспективных конструкций и узлов с необходимыми заданными свойствами. На первых стадиях работ проведено предварительное компьютерное моделирование динамического поведения конструкций и узлов при различных эксплуатационных условиях, нагрузках и скоростях движения и сформулированы технические требования по созданию реальных условий динамических испытаний конструкций балластной призмы при различных типах грунтов, слоев балластной призмы, нагрузках на ось, скоростях движения. На втором этапе работ, проведены реальные испытания типовых и новых конструкций и узлов для окончательной верификации их пригодности к условиям эксплуатации.

Метод или методология проведения работы: в рамках произведенных работ решен комплекс задач по организации и проведению динамических испытаний конструкций и узлов, обеспеченных соответствующими мероприятиями различного характера, в частности:

  • разработка прототипа математического аппарата и динамических моделей для симуляционных расчетов поведения конструкции железнодорожного пути и узлов при эксплуатационных нагрузках и различных климатических условиях;

  • адаптирование существующих программных средств для проведения компьютерного моделирования;

  • формирование единой информационной среды, программную платформу и требований для верификации проводимых симуляционных, стендовых динамических и реальных испытаний в условиях эксплуатации;

  • разработка технических требований к проведению динамических испытаний различных типов конструкций железнодорожного пути в условиях адаптированных к условиям эксплуатации.

Очевидно, что комбинация компьютерного моделирования с последующим динамическим испытанием конструкций и узлов пути позволит:

  • существенным образом минимизировать ресурсные и временные затраты на проведение испытаний отечественных и зарубежных разработок, проверку и обоснования проектных решений;

  • прогнозировать сроки эксплуатации с обеспечением надежности и безопасности;

  • развивать теоретические основы использования новых конструкционных материалов для нужд транспортной отрасли.

Хорошие ходовые характеристики автомобилей и вагонов важны, поскольку плавность хода приобретает решающее значение при перевозке чувствительных к повреждениям грузов.

Для этого требуется постоянное усовершенствование системы рессорного подвешивания, применение в них новых, современных конструкционных материалов с улученными триботехническими характеристиками для деталей, работающих в трибологических парах, таких как фрикционные клинья, вставки, фрикционные планки, втулки, амортизаторы, обеспечивающие хорошие динамические характеристики, плавность хода и устойчивость при поворотах вагона или автомобиля в кривых.

При этом проблема улучшения ходовых характеристик системы рессорного подвешивания остается решенной не полностью.

При разработке технических решений, направленных на использование новых полимерных материалов при производстве деталей, работающих во фрикционной системе, необходимо обязательно учитывать как пару трения (полимер-металл), нагрузки на деталь, так и прочностные характеристики самого полимерного материала.



следующая страница >>



Последнее слово в споре всегда остается за женщиной. Все, что ты скажешь потом, будет уже началом нового спора.
ещё >>