WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Третья глава посвящена методике исследований колебаний подвижного состава и тоннеля как взаимодействующих динамических систем.

В качестве объекта исследования принята математическая модель вагона метрополитена с двумя двухосными тележками с разными кинематическими схемами буксового рессорного подвешивания.

Исследовались колебания экипажа в вертикальной продольной по отношению оси пути плоскости. При моделировании движения экипажа по пути с неровностями учитывалось транспортное запаздывание воздействий неровностей пути на колеса с учетом расположения колесных пар экипажа вдоль пути.

На рис. 1 и 2 показаны расчетные кинематические схемы исследуемого экипажа и обозначения основных параметров расчетной схемы экипажа. В табл. 1 приведены схемы исследуемых буксовых связей и расчетные формулы для коэффициентов жесткости и демпфирования элементов подвешивания.

Рис. 1. Кинематическая схема рессорного подвешивания экипажа
(схема №1связи с буксой)

Рис. 2. Кинематическая схема экипажа с рычажной буксой и нижним расположением рамы тележки (схема связи с буксой №5)

Таблица 1

Значение коэффициентов жесткости и демпфирования для отношения статических прогибов

Номер схемы

Кинематическая схема

буксовых связей

– коэффициент жесткости упругих элементов, в Н/м

– коэффициент

демпфирования

в Н.c/м

1

2

a=0

3

При условии

4

5

Выбор кинематических схем буксового подвешивания для исследования определялся из анализа реальных конструкций тележек пассажирского подвижного состава, применяемого в настоящее время при конструировании тележек.

Особенность этих кинематических схем состоит в том, что кроме традиционной схемы связи буксы с рамой тележки с помощью двух горизонтально расположенных поводков с резинометаллическими шарнирами (схема №1, табл. 1), применяются связи по схеме рычагов первого и второго рода (схемы № 2–5, табл. 1) по отношению к расположению на них буксы и пружин рессорного подвешивания.

На основании кинематической схемы (рис. 1) и схем в табл. 1 были записаны пять систем дифференциальных уравнений колебаний экипажа. На основании анализа структуры дифференциальных уравнений установлено, что система уравнений для схемы №3 является наиболее общей. Из этой системы можно путем изменения параметров a и b получить любую систему уравнений для схем 1, 2, и 3.

Системы уравнений для схем №4 и №5 также можно свести к одной системе уравнений, из которой можно получить системы уравнении для схем 4 или 5.

Система дифференциальных уравнений для схемы №5 представлена ниже. К этой системе уравнений при решении добавляются шесть уравнений (по три уравнения на колесную пару), описывающих колебания приведенных масс элементов железнодорожного пути и тоннеля.

1 Колебание подпрыгивания кузова

. (1)

2 Колебание галопирования кузова

. (2)

3 Колебание подпрыгивания рамы первой тележки

. (3)

4 Колебание галопирования рамы первой тележки. (4)

5 Колебание подпрыгивания рамы второй тележки

(5)

6 Колебание галопирования рамы второй тележки

. (6)

7 Колебания подпрыгивания первой колесной пары

. (7)

8 Колебания подпрыгивания второй колесной пары

. (8)

9 Колебания подпрыгивания третьей колесной пары

. (9)

10 Колебания подпрыгивания четвертой колесной пары

. (10)

11 Вертикальные колебания рельсов

. (11)

12 Вертикальные колебания шпал

. (12)

13 Вертикальные колебания приведенной массы основания пути

. (13)

На основании исследований частотных свойств участка тоннеля с железнодорожным полотном, проводимых на модели, полученной методом конечных элементов (МКЭ) (рис. 3), обоснована возможность описывать колебания элементов железнодорожного пути и тоннеля в вертикальной плоскости тремя дифференциальными уравнениями, в расчете на одну колесную пару.

Путем подбора инерционных и упруго-диссипативных параметров удалось получить адекватные амплитудно-частотные характеристики, в диапазоне частот возмущений до 150 Гц, полученные на модели из трех приведенных масс элементов пути и тоннеля и на модели МКЭ.

Рис. 3. Конечно-элементная модель фрагмента тоннеля
с окружающим его грунтом

Рис. 4. АЧХ перемещений рельса: дискретная модель (1),

конечно-элементная модель (2)

На рис. 4 показаны амплитудно-частотные характеристики (АЧХ), полученные на МКЭ модели и на модели из трех масс.

Из сравнения АЧХ видно их удовлетворительное совпадение в области частот, учитываемых при исследовании динамических свойств модели экипажа (до 100 Гц).

Исследование частотных свойств экипажей проводилось путем анализа АЧХ ускорений основных масс экипажа без и с учетом модели желеэнодорожного пути.

Моделирование движения экипажа по реальному пути со случайными неровностями выполнялось для оценки максимальных возможных ускорений в условиях движения по пути приближенному к реальному.

Случайные неровности рассматривались как эквивалентные геометрические неровности, записи которых были получены при испытаниях вагонов серии Е в Московском метрополитене, проведенных кафедрой «Электрическая тяга» в 1973 году. Полученые по этим записям спектральные плотности аппроксимировались полиномиальной функций, зависящей от скорости движения экипажа. Выражение спектральной плотности использовались в расчетах среднеквадратических значений динамических показателей экипажа в функции скорости движения.

В четвертой главе представлены результаты исследования динамических свойств экипажей с разными схемами связей букс с рамой тележки.

Исследуемые схемы (см. табл. 1) были разделены на две группы. Первая группа связи выполнена по схеме рычага второго рода. При таких схемах концевые части рамы тележки расположены сверху буксы. Вторую группу представляли связи по схеме рычага первого рода. При таких схемах концевые части рамы обычно располагаются внизу буксы.

При исследовании двух групп экипажей приведенные к оси колесной пары коэффициенты жесткости и демпфирования принимались одинаковыми. При этом исследовалось влияние кинематических схем связи буксы с рамой тележки на динамические показатели экипажа.

На рис. 5 представлены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) ускорений колебаний кузова и тележки для первой группы экипажей.

Как видно из сравнения графиков при равных эквивалентных параметрах буксового подвешивания и в пределах малых перемещений кинематические схемы на базе рычагов второго рода не влияет на частотные свойства экипажа.

Однако эти схемы дают возможность конструкторам в широком диапазоне изменять величины жесткости пружин по сравнению с традиционной схемой расположения пружин над буксой

Рис. 5. АЧХ ускорений подпрыгивания и галопирования кузова и рам тележек для схем 1,2,3,2' при отношении статических прогибов 1,17

Рис. 6. АЧХ ускорений подпрыгивания и галопирования кузова и рам тележек для схем 1, 4 и 5 при отношении статических прогибов 1,17

Исследование частотных характеристик экипажей со связями букс по схеме рычагов первого рода показало, что при схеме 5 в области собственной частоты колебаний галопирования кузова уровень ускорений по сравнению со схемами 1 и 4 в 3 раза ниже.

Это происходит за счет влияния на колебания кузова буксового демпфирования, так как при этой схеме на частоте 2–2,5 Гц возникает синфазная форма колбаний галопирования кузова и подпрыгивания тележки.

В других частотных областях АЧХ изменения для этих схем незначительные.

Оценка влияния на величины ускорений кузова и тележки распределения общего статического прогиба между ступенями рессорного подвешивания была выполнена для шести схем экипажей при изменении отношений статических прогибов в диапазоне от 0,5 до 3.

На рис. 7 представлены результаты исследования для схемы 5. На рисунках точками показаны уровни ускорений кузова и тележки, полученных из соответствующих АЧХ в областях собственных частот колебаний кузова и тележки для разных значений отношений статических прогибов вторичной первичной ступеней подвешивания (С.Р.).

= 1,4-2,3 Гц, = 8,5-9 Гц

Рис. 7. Максимальные ускорения подпрыгивания и галопирования кузова
и тележки (схема 5) в области собственных частот кузова и тележки

Увеличение прогиба во вторичной ступени подвешивания ведет к монотонному снижению величин максимальных ускорений по ускорениям подпрыгивания, при этом ускорения рамы тележки монотонно увеличиваются.

Для тележки вагонов метрополитена рессорное подвешивание нужно выбирать с учетом виброзащиты пассажира и виброизоляции тоннеля от воздействия подвижного сотава.

Учитывая то, что пассажир в вагоне метрополитена находится с среднем 1–1,5 часа, то можно выбирать величину статического прогиба в вторичной ступени несколько меньшей, чем магистральных железных дорог увеличивая при этом прогиб в первичной ступени подвешивания для виброизоляции тоннеля.

Исходя из этого положения, рекомендуется отношение статических прогибов выбирать в диапазоне 1–1,5.

Увеличеное значение статического прогиба в первичной ступени подвешивания проводит к увеличению размеров применяемых пружин.

В этой связи в главе было проведен анализ влияния геометрических параметров пружин на ее габариты по выведенной формуле:

, (14)

где D, m, – диаметр навивки витка, индекс пружины, коэффициент кривизны витка; – свободная высота пружины, максимальные касательные напряжения в витке, статический прогиб.

Выполненый анализ показал, что диаметр навивки витков пружины мало влияет на габариты пружины. Свободная высота пружины в основном определяет габарит пружины при заданном статическом прогибе.

В схеме №5 связи буксы с рамой тележки пружина располагается горизонтально и ее высота практически мало ограничивается. Эта схема наиболее применима для тележек с малыми диаметрами колес колесных пар.

В пятой главе приведены результаты исследования вертикальных колебаний экипажа при сложном возмущении от железнодорожного пути. Анализировались максимальные значения ускорений различных элементов системы «экипаж – железнодорожный путь – тоннель», полученые для различных скоростей движения экипажа по пути в тоннеле. Значения ускорений получались путем решения системы из 14 (обыкновенных) дифференциальных ускорений второго порядка в частотной области.

Одна из поставленных в работе задач заключалась в снижении динамического воздействия движущегося подвижного состава на железнодорожной путь и тоннель. Поэтому сначало была проведена оценка степени влияния динамической системы «железнодорожный путь – тоннель» на колебания экипажа. Проводился анализ влияния учета системы «железнодорожный путь и тоннель» на АЧХ экипажа.

На основании анализа АЧХ ускорений и перемещений масс экипажа и приведенных масс железнодорожного пути и тоннеля получено следующее:

1 Колебания масс пути проявляются на АЧХ колебаний подрессорных масс в области частот свыше 16 Гц и, особенно, в области собственных частот колебаний неподрессореной массы экипажа и приведенных масс элементов пути (область 30–50 Гц).

2 На элементы железнодорожного пути и приведенную массу тоннеля оказывают влияние колебания кузова в области собственных частот его колебаний 2 Гц. В области 40–60 Гц видны собственные колебания неподрессоренного масс тележки и приведенных масс железнодорожного пути.

Оценка влияния колебаний масс железнодорожного пути и тоннеля на экипаж со схемой связей букс №5 не показала существенного отличия от схемы связи №1.

а)

б)

в)

1 – схема 1, с учетом пути и тоннеля

2 – схема 5, с учетом пути и тоннеля

3 – схема 5, с учетом пути и тоннеля и уменьшенной массой колесные пары

Рис. 8. Максимальные значения ускорений кузова (a) и тележки (б) и приведенной массы тоннеля (в) в функции скорости движения вагона по пути в тоннеле со случайными возмущениями

а)

б)

в)

г)

W11 – Мh и K, W1 – Mh/2, W1’ – K/2

Рис. 9. Ускорения подпрыгивания кузова (а), подпрыгивания тележки (б), галопирования тележки (в), приведенной массы тоннеля (г) для схемы 1и 5 при полной и уменьшенной в 2 раза массе колесной пары и буксовой жесткости

1 – схема 1, без модели пути;

2 – схема 1, с учетом модели пути и тоннеля;

3 – схема 5, без модели пути;

4 – схема 5, с учетом модели пути и тоннеля.

Рис. 10. Максимальные значения ускорений кузова (a) и тележки (б) в функции скорости движения вагона по пути тоннеля со случайными возмущениями

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»