WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

ВАСИЛЬЕВ АНДРЕЙ ПАВЛОВИЧ

ВЗАИМОСВЯЗЬ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

ЛОКОМОТИВОВ И КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ В ИХ

ТЯГОВЫХ ПЕРЕДАЧАХ

Специальность 05.22.07

Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

МОСКВА – 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ) на кафедре «Электрическая тяга»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Савоськин Анатолий Николаевич (МИИТ)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

главный научный сотрудник

Ромен Юрий Семенович (ОАО «ВНИИЖТ»)

кандидат технических наук, доцент

Евстафьев Андрей Михайлович (ПГУПС)

Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Научно-

исследовательский и конструкторско-

технологический институт подвижного состава»

(ОАО «ВНИКТИ»), г. Коломна

Защита состоится «23» декабря 2009 г. в 1300 часов на заседании диссертационного Совета Д 218.005.01 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, ГСП-4 ауд. 2505.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан «____» _______ 2009 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу совета университета.

Ученый секретарь диссертационного cовета Д 218.005.01

доктор технических наук, доцент А.В. Саврухин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Главная задача транспорта состоит в полном и своевременном удовлетворении потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышении эффективности и качества работы транспортной системы. С этой целью необходимо, в частности, повысить уровень использования и надежность работы электроподвижного состава (э. п. с.) на железных дорогах. Эффективность электрической тяги должна возрастать не только вследствие создания новых мощных электрических локомотивов, но и в результате улучшения тяговых, тормозных, динамических и технико-экономических характеристик существующего э. п. с. постоянного и переменного тока, а также повышения его надежности.

В настоящее время на дорогах постоянного тока основной грузооборот выполняется электровозами типа ВЛ10. Такое положение, по-видимому, сохранится еще долгое время. В настоящей работе исследуются горизонтальные колебания электровоза ВЛ10у и крутильные колебания в его тяговых передачах. Рассмотрение этих видов колебаний выполнено как по отдельности, так и при их одновременном действии. Кроме того, выполнено исследование устойчивости движения локомотива при горизонтальных колебаниях.

Исследование горизонтальных колебаний показало, что критическая скорость движения электровоза, равная 120км/ч, меньше, чем необходимое значение 173км/ч, которое должно в 1,73 раза превышать конструкционную скорость, равную для этого электровоза 100км/ч. В связи с этим в диссертации предлагается изменить параметры буксовой связи рессорного подвешивания так, чтобы обеспечить выполнение этого требования.

Определяющую роль в создании сил сцепления играют процессы в зоне контакта колеса и рельса, при этом силы реакции рельсов имеют одинаковую физическую природу, как при извилистом движении экипажа, так и при процессах, связанных с реализацией сцепления. При совместном рассмотрении горизонтальных колебаний электровоза и крутильных колебаний в его тяговой передаче было установлено, что крутильные колебания, возникающие при движении по кривым участкам пути из-за разности путей, проходимых колесами одной колесной пары, движущимися по наружному и внутреннему рельсу, не приводят к срыву сцепления. Вместе с тем, «наезд» на масляное пятно колесом второй колесной пары, движущемуся в кривой по наружному рельсу, вызывает перекос тележки и появление дополнительных квазистатических составляющих в боковых и рамных силах. Поэтому такой режим необходимо учитывать при оценке показателей безопасности движения электровоза.

Таким образом, настоящая диссертация, посвященная решению задачи улучшения показателей динамических качеств (ПДК) электровоза ВЛ10, а также определению дополнительного режима исследования движения локомотива в кривой со срывом сцепления, является актуальной.

Цель работы. Целью данной работы является исследование взаимного влияния горизонтальных колебаний при движении четырехосной секции электровоза в режиме тяги в прямых и кривых участках пути и крутильных колебаний в его тяговых передачах, а также разработка предложений по совершенствованию динамических качеств электровозов ВЛ10у.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

– разработана математические модели горизонтальных колебаний четырехосной секции электровоза постоянного тока при движении в прямых и кривых участках пути, реализаций сцепления и крутильных колебаний в тяговой передаче электровоза, а также совместных горизонтальных и крутильных колебаний при движении в прямых и кривых участках пути;

– разработаны соответствующие программы в пакете Mathcad;

– выполнены расчеты горизонтальных колебаний четырехосной секции электровоза, крутильных колебаний в его тяговых передачах, совместных горизонтальных и крутильных колебаний при движении в прямых и кривых участках пути, а также критических скоростей движения и ПДК;

– для обоснования адекватности разработанных математических моделей горизонтальных колебаний и принятого способа задания возмущений показана сходимость результатов расчета с результатами динамических испытаний, выполненных ВНИИЖТом;

– даны рекомендации по изменению параметров рессорного подвешивания, обеспечивающие снижение уровня колебаний четырехосной секции электровоза постоянного тока.

Объект диссертационного исследования. Объектом диссертационного исследования является динамическая модель четырехосной секции локомотива с массовыми и геометрическими характеристиками электровоза ВЛ10у.

Предмет исследования. Предметом исследования является изучение взаимного влияния горизонтальных колебаний локомотива и крутильных колебаний в его тяговых передачах, а также разработка предложений по улучшению динамических качеств электровоза ВЛ10у.

Методика исследований.

– применение способа численного интегрирования Рунге-Кутта IV порядка

в программном пакете Mathcad для исследования свободных и вынужденных горизонтальных колебаний рельсового экипажа, а также крутильных колебаний в его тяговых передачах при движении в прямых и кривых участках пути;

– применение QR-алгоритма для исследования свободных колебаний;

– применение способа скользящего суммирования для «генерации» реализаций стационарного случайного возмущения во временной области с использованием датчика псевдослучайных чисел;

– применение быстрого преобразования Фурье для вычисления амплитудных спектров и спектральных плотностей реализаций случайных колебательных процессов;

– определение среднеквадратического отклонения, эффективной частоты и коэффициента широкополосности непосредственно по ординатам реализаций случайных процессов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

– при решении задач горизонтальных колебаний и устойчивости движения учтены нелинейности системы, такие как нелинейности ограничителей поперечного хода кузова, характеристик связи буксы с рамой тележки и наличие зазора между гребнями бандажей и рельсами, которые привносят специфические особенности в характер движения экипажа: снижается критическая скорость движения, а при ее превышении экипаж совершает автоколебания в стационарном режиме, характеризующиеся устойчивыми предельными циклами с определенными амплитудами и частотами;

– из-за нелинейности системы различные реализации возмущения могут вызвать неодинаковый уровень колебаний по обобщенным координатам и предложен способ определения реализации возмущения, которая обеспечивает получение наибольших значений показателей динамических качеств;

– при повышении критической скорости движения электровоза ВЛ10у показатели его динамических качеств улучшаются;

– показано, что процесс пробуксовки колес, возникающий при превышении силой тяги сил сцепления, сопровождается низко и высокочастотными процессами автоколебаний;

– предложен способ учета взаимного влияния горизонтальных колебаний экипажа и крутильных колебаний в его тяговых передачах на основе определения суммарного скольжения колес, вызванного обоими процессами;

– влияние крутильных колебаний в тяговых передачах на горизонтальные колебания экипажа необходимо учитывать при движении в прямых и кривых участках пути; при этом влияние горизонтальных колебаний на крутильные можно не учитывать.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены корректностью применяемых автором математических методов и удовлетворительной сходимостью результатов расчета с экспериментальными данными.

Практическая ценность.

1. Выбраны новые значения параметров горизонтальных связей буксы с рамой тележки электровоза ВЛ10у, обеспечивающие увеличение его критической скорости движения и улучшение показателей динамических качеств во всем диапазоне эксплуатационных скоростей.

2. Разработанные пакеты программ для персонального компьютера в программном пакете Mathcad для расчета свободных и вынужденных колебаний модели четырехосной секции локомотива как нелинейной системы могут быть использованы при моделировании горизонтальных колебаний различных локомотивов и крутильных колебаний в их тяговых передачах.

Апробация работы. Основные этапы и результаты диссертационной работы докладывались на: научном семинаре и заседаниях кафедры «Электрическая тяга» в 2007-2009г.г.; VIII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», 1-2 ноября 2007 года, Москва; V международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «TRANS-MECH-ART-CHEM», 24-25 апреля 2008 года, Москва; Всероссийской научно-технической конференции «ТРАНСПОРТ, НАУКА, БИЗНЕС: ПРОБЛЕМЫ И СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ», 16-17 октября 2008 года, Екатеринбург; IX научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», 30-31 октября 2008 года, Москва; международной научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки «ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ ХХI ВЕКА», 13-14 ноября 2008 года, Хабаровск.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК по специальности 05.22.07 – «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов по результатам работы, пяти приложений, списка используемой литературы и содержит 164 страницы текста, 108 рисунков, 8 таблиц и приложений на 18 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цель и основные задачи исследований. Здесь же сформулированы основные научные положения диссертационной работы.

В первой главе выполнен анализ работ в области горизонтальных колебаний экипажей, крутильных колебаний в тяговых передачах и реализации сил сцепления колеса с рельсом, а также по исследованию движения в кривой. Показано, что по отдельности данные виды колебаний при движении в прямых и кривых участках пути довольно хорошо изучены, однако практически отсутствуют работы, где отмеченные колебательные процессы рассматривались бы совместно. Известно, что горизонтальные колебания экипажа при движении по рельсовому пути возникают вследствие конусности бандажей и наличия неровностей на поверхности катания рельсов и бандажей и сопровождаются скольжением колес по рельсам. Кроме того, скольжение возникает и при реализации вращающего момента. Поэтому представляется целесообразным рассмотреть эти процессы совместно, чтобы определить суммарное скольжение, вызванное обоими процессами, а также степень взаимного влияния горизонтальных колебаний локомотивов и крутильных колебаний в их тяговых передачах при движении в прямых и кривых участках пути.

Большие исследования в области динамики подвижного состава по выбору параметров рессорного подвешивания выполнили отечественные ученые: С. М. Андриевский, П. С. Анисимов, М. Ф. Вериго, С. В. Вершинский, В. Л. Данилов, И. В. Бирюков, Е. П. Блохин, Г. П. Бурчак, Л. О. Грачева, В. Д. Данович, А. А. Долматов, О. П. Ершков, И. П. Исаев, Л. А. Кальницкий, А. А. Камаев, В. А. Камаев, В. Н. Кашникова, Н. А. Ковалев, А. Я. Коган, В. М. Кондрашов, В. Н. Котуранов, К. П. Королев, Е. П. Корольков, М. Л. Коротенко, В. С. Коссов, С. М. Куценко, В. А. Лазарян, Ю. М. Лужнов, А. А. Львов, А. Л. Матвеевичев, В. Б. Медель, Н. Н. Меншутин, Д. К. Минов, Г. С. Михальченко, Л. А. Мугинштейн, Г. И. Петров, Н. А. Радченко, Ю. С. Ромен, Е. К. Рыбников, А. Н. Савоськин, Г. В. Самме, М. М. Соколов, С. И. Соколов, А. Б. Сурвилло, Т. А. Тибилов, В. Ф. Ушкалов, В. Н. Филиппов, А. А. Хохлов, В. Д. Хусидов, И. И. Челноков, Ю. М. Черкашин и многие другие. Большой вклад сделали зарубежные ученые: де Патер, Ф. Картер, Дж. Калкер, Г. Клингель, К. Л. Джонсон, Т. Мацудайра, А. Н. Уиккенс, Х. Хейман и другие.

Крупные научные школы в области динамики железнодорожного подвижного состава в нашей стране сложились в Москве (ФГУП ВНИИЖТ, МИИТ, РОАТ), Санкт – Петербурге (ПГУПС), Брянске (БГТУ), Днепропетровске (ДИИТ), Коломне (ФГУП ВНИКТИ), Новочеркасске (ВЭлНИИ), Харькове (ХИИТ).

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






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