WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

- обобщенная координата, нижний штрих - обозначение матриц для всех параметров.

Рис. 3. Схема задания координат и номеров тел в модели трамвайного вагона

После подстановки приведенных выше кинематических соотношений в уравнения динамики Ньютона – Эйлера имеющих вид:

,

последние приняли вид системы обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка, описывающих движение системы в обобщенных координатах, с нелинейными правыми частями:

,

где - матрица масс;

- матрица-столбец сил инерции;

- матрица-столбец обобщенных сил.

Для вывода обобщенных сил разрабатывалась математическая модель силовых связей в системе вагон-путь, затем производился синтез общих уравнений движения.

В модели движения трамвайного вагона реализованы силовые характеристики пружин центрального рессорного подвешивания посредством введения линейного элемента «пружина» и задания продольной, поперечной и изгибной жесткостей. Силовые характеристики гидравлических гасителей были смоделированы путем введения специального биполярного элемента и задания силы выражением F = V, где – параметр сопротивления, V – скорость перемещения поршня гидравлического гасителя колебаний. Упруго - диссипативные параметры резиновых амортизаторов были смоделированы на основе использования простых реологических моделей, состоящих из элементов с силовыми характеристиками пропорциональными скорости, предложенными В.Н. Потураевым и В.И. Дырдой.

Характеристики резиновых амортизаторов трамвайного вагона были определены в зависимости от амплитуды и частоты вынуждающей силы (рис. 4) по кривым гистерезиса.

2s – деформация; Адемпф– работа демпфирования в течении цикла;

Аакком – работа упругой деформации; F – сила упругости

Рис. 4. Гистерезисная кривая резинового амортизатора

Жесткость амортизатора определялась уравнением

.

Коэффициент демпфирования получен непосредственно по петле гистерезиса

.

С помощью этих характеристик определялись параметры, характеризующие динамические процессы резиновых амортизаторов.

На базе реологической модели был разработан способ, описывающий динамические свойства резинового амортизатора. Он позволяет описать как линейные, так и не линейные характеристики резиновых амортизаторов. Модель представлена на рис. 5.

Рис. 5. Модель резинового амортизатора

Модель резинового амортизатора состояла из одной модели Кельвина и четырех моделей Максвелла. Все комплексные величины приведены с подчеркиванием ( – сила как функция времени; – деформация как функция времени; – жесткость основного элемента по Кельвину; – демпфирование для основного элемента по Кельвину;, …, – жесткость основных элементов по Максвеллу;, …, – демпфирование для основных элементов по Максвеллу).

Суммарная жесткость для реологической модели (см. рис. 5) определялась из выражения

.

Коэффициент относительного демпфирования модели резинового амортизатора находился по формуле

.

Параметры жесткости, и постоянные демпфирования, определены таким образом, чтобы относительная погрешность значений общей жесткости и коэффициента демпфирования, найденных экспериментальным и расчетным способами, находилась в определенных пределах. Для достижения заданных пределов относительной погрешности использовался метод итераций.

Внешние возмущения, действующие на трамвайный вагон в результате взаимодействия колес с рельсами, задавались как вертикальные и поперечные неровности пути, определенные с помощью геодезической съемки.

С использованием разработанной математической модели были проведены теоретические исследования динамической нагруженности трамвайного вагона. Исследования были разбиты на два этапа.

На первом этапе исследований была определена жесткость рессорного подвешивания исходя из условия обеспечения минимального уровня ускорений при сравнительно не большом прогибе.

В результате были определены рациональные параметры жесткости рессорного подвешивания: горизонтальная 0,5 МН/м, вертикальная 0,8 МН/м.

На втором этапе были определены параметры гидравлического гасителя колебаний при движении порожнего, полузагруженного и полностью загруженного трамвайного вагона в прямых и кривых участках пути при различных скоростях движения. В исследованиях оценивались вертикальные и поперечные ускорения кузова при изменении скорости движения, угла наклона и параметра сопротивления гидравлических гасителей колебаний.

Анализу подвергались полученные в ходе исследований осциллограммы из предположения, что процессы изменения динамических характеристик при движении вагона подчинены нормальному закону распределения для каждой скорости и при различных величинах параметра сопротивления гидравлического гасителя колебаний (ГГК) вычислялись максимальные значение ускорений кузова и перемещений надрессорной балки.

Анализ полученных результатов позволил сделать вывод о том, что для обеспечения минимальной динамической нагруженности трамвайного вагона при движении в прямой и кривой с различными скоростями и загрузкой салона, является целесообразным, использование величины угла наклона и параметра сопротивления ГГК, равными соответственно 66 ° и 80 кНс/м.

С использованием разработанной модели движения трамвая была исследована продольная динамика вагона. При этом тяговый и тормозной моменты прикладывались к осям колесных пар каждой тележки, а реактивный момент прикладывался к поперечным (моторным) балкам. Максимально допустимые ускорение (аx, уск. = 1,4 м/с2) и замедление (аx, зам. = 2,4 м/с2) при разгоне и торможении трамвая принимались в соответствии с нормами.

Результаты исследований показали, что при максимально допустимых ускорениях и замедлениях трамвайного вагона, перемещения надрессорной балки в продольном и вертикальном направлениях не превышают установленных пределов.

С использованием разработанной модели были проведены исследования динамической нагруженности трамвая со стандартными и предлагаемыми параметрами рессорного подвешивания. Исследовалось движение трамвайного вагона с различными скоростями на прямом и кривом (с минимальным радиусом R=20м.) участках пути. При исследованиях оценивались следующие динамические показатели: поперечные ускорения кузова, коэффициент вертикальной динамики, показатель устойчивости (рис. 6-8).

1 - стандартные, 2 – установленные в работе параметры рессорного подвешивания

Рис. 6. Коэффициент вертикальной динамики трамвая при движении

с различными скоростями в прямом участке пути

1 - стандартные, 2 – установленные в работе параметры рессорного подвешивания

Рис. 7. Поперечные ускорения кузова трамвая при движении с различными

скоростями в кривом участке пути R=20м

1 - стандартные, 2 – установленные в работе параметры рессорного подвешивания

Рис. 8. Показатель устойчивости трамвая при движении с различными

скоростями в прямом участке пути

В результате проведенных исследований были определены рациональные параметры упругих элементов (вертикальная и горизонтальная жесткости рессорного подвешивания, равные соответственно 0,8 МН/м и 0,5 МН/м) и демпфирующих устройств (угол наклона ГГК равный 66 ° и параметр сопротивления ГГК равный 80кНс/м), которые обеспечивают минимальную динамическую нагруженность трамвайного вагона при движении его с различными скоростями и загрузкой в прямых и кривых участках пути. Выявлено, что использование предлагаемых параметров рессорного подвешивания снижает динамическую нагруженность трамвайного вагона на 10-12%.

Для подтверждения результатов теоретических исследований динамической нагруженности трамвайного вагона в дальнейшем были проведены ходовые испытания.

Четвертая глава содержит результаты экспериментальных исследований показателей динамической нагруженности трамвайного вагона с геодезической съемкой пути, упруго-диссипативных характеристик резиновых амортизаторов входящих в конструкцию тележки. Кроме того, был определен ожидаемый экономический эффект от снижения динамической нагруженности трамвайного вагона.

В конструкцию тележки трамвайного вагона модели «Спектр» входит множество резиновых элементов, которые способствуют повыше­нию плавности хода вагона и улучшению комфортности перевозки пассажи­ров. При анализе динамической нагруженности трамвая возникают задачи по определению упруго-диссипативных характери­стик резиновых амортизаторов. Для этого были проведены испытания резиновых элементов при трех частотах нагружения с определением их силовых характе­ристик. Полученные в ходе эксперимента характеристики были использованы при разработке математической модели исследования динамики трамвайного вагона.

Для оценки адекватности разработанной математической модели движения трамвайного вагона по пути были проведены ходовые динамические испытания. Целью испытаний являлось исследование и оценка основных динамических параметров трамвайного вагона при движении его по характерным участкам трамвайной линии с изменяемой загрузкой и различными скоростями движения.

В качестве объекта испытаний принимается 4-осный трамвайный вагон модели 71-403, производимый на ФГУП «УралТрансМаш» в городе Екатеринбурге.

С целью определения возмущений от рельсового пути на трамвайный вагон была исследована его макро и микро геометрия на заданном участке, где проводились ходовые динамические испытания. В результате исследований были определены горизонтальные и поперечные неровности пути, а также продольный план и профиль. Полученные результаты были использованы при теоретических исследованиях динамической нагруженности трамвайного вагона.

В процессе ходовых динамических испытаний определялись следующие характеристики: динамический и статический прогибы рессорного подвешивания; вертикальные и горизонтальные ускорения кузова в зоне шкворневой балки; вертикальные и горизонтальные перемещения надрессорной балки второй по ходу тележки; скорость движения.

Для регистрации ускорений были использованы индуктивные датчики ускорений В12/200. Три датчика были размещены на шкворневой балке рамы трамвайного вагона, и один на продольной балке тележки. Для регистрации перемещений надрессорной балки были использованы тензометрические прогибомеры, размещенные на тележке трамвайного вагона. Скорость движения трамвая фиксировалась бесконтактным индуктивным датчиком ВБИ-М18-86У-2113-3, который был закреплен на раме тележки. Для регистрации измерений использовалась многоканальная, совместимая с персональным компьютером, измерительная электронная система Spider 8.

Эксперимент проводился на заранее выбранном участке трамвайных путей города Екатеринбурга челночными рейсами с различной скоростью движения, достигаемой конструкционной. Поездки проводились при трех режимами загрузки: порожний вагон, 50% загрузки (5,9т.) и 100% загрузки (11,8т.). Нагружение осуществлялось мешками с песком весом 350 Н каждый. При 50% загрузки вагона мешки с песком укладывались по 700 Н на каждое место для сидения, а оставшиеся раскладывались равномерно вдоль рядов сидений, имитируя стоящих пассажиров. При 100% загрузки трамвая мешки докладывались равномерно по площади пола.

По результатам ходовых динамических испытаний определены максимальные значения ускорений (вертикальные - 3,2м/с2, продольные - 1,2м/с2, поперечные - 1,9м/с2) и перемещений надрессорной балки (вертикальные - 24мм, продольные - 9мм, поперечные - 18мм). Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований показало, что расхождения между ними составили 14 – 16%.

Ожидаемый годовой экономический эффект от использования рекомендаций по снижению динамической нагруженности одного трамвайного вагона, составил 46272 руб.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Предложена методика прогнозирования динамической нагруженности трамвайного вагона при движении по прямым и кривым участкам пути с различными скоростями и при различной загрузке.

2. Разработана математическая модель, позволяющая исследовать кинематические и динамические характеристики движения трамвайного вагона по пути при различных режимах.

3. Выполнен анализ конструкций рессорного подвешивания тележек трамвайных вагонов, позволивший выявить конструктивные особенности ходовых частей разных производителей и определить целесообразное сочетание элементов рессорного подвешивания.

4. Произведен анализ отказов основных узлов трамвайных вагонов, который позволил обоснованно выбрать в качестве объекта исследования центральное рессорное подвешивание трамвая. Установлено, что вероятность безотказной работы рессорного подвешивания трамвайного вагона в течение одного года составила 0,61, при нормируемой 0,92, что свидетельствует о его низкой надежности.

5. Определены вертикальная и горизонтальная жесткости рессорного подвешивания: равные соответственно 0,8 МН/м и 0,5 МН/м, угол наклона ГГК равный 66 ° и параметр сопротивления ГГК равный 80кНс/м, которые обеспечивают минимальную динамическую нагруженность трамвайного вагона. Выявлено, что использование установленных параметров рессорного подвешивания снижает динамическую нагруженность трамвайного вагона на 10-12%.

6. Определены упругие и демпфирующие параметры резиновых амортизаторов тележки трамвайного вагона, а так же макро и микро геометрия трамвайного пути, которые были использованы при разработке математической модели движения трамвайного вагона.

7. Проведены ходовые испытания, по результатам которых определены максимальные значения ускорений (вертикальные - 3,2м/с2, продольные - 1,2м/с2, поперечные - 1,9м/с2) и перемещений надрессорной балки (вертикальные - 24мм, продольные - 9мм, поперечные - 18мм). Установлено, что расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований динамики трамвайного вагона составило 14 - 16%.

8. Определен годовой ожидаемый экономический эффект от использования рекомендаций по снижению динамической нагруженности одного трамвайного вагона, который составил 46272 руб.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Красниченко А.А. Динамическая нагруженность трамвайного вагона [Текст] // Транспорт Урала. – Екатеринбург: УрГУПС, 2009. - №1 (20). – С. 43-46 - входит в перечень ВАК.

2. Бачурин Н.С., Красниченко А.А., Иванов Н.Л. Методика оценки показателей надежности трамвайного вагона [Текст] // Транспорт Урала. – Екатеринбург: УрГУПС, 2009. - №1 (20). – С.36 - 40 - входит в перечень ВАК.

3. Красниченко А.А. Методика определения упруго-диссипативных характеристик резиновых амортизаторов рельсового подвижного состава [Текст] // Молодые ученые транспорту: Труды научно-технической конференции. – Екатеринбург, 2007. – С.44-51

Pages:     | 1 || 3 |






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