WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

где, - текущие угловые скорости качки кузова вагона, вырабатываемые гироскопами БИНС; - текущая скорость линейных вертикальных перемещений кузова вагона, получаемая интегрированием показаний вертикального акселерометра БИНС;, - линейные перемещения и скорость изменения линейных перемещений первой буксы относительно кузова вагона, определяемые по показаниям датчика БК;, - угловое положение кузова вагона относительно среднего положения рельсового пути, определяемого согласно выражениям ; d расстояние между точками крепления датчиков БК к буксам колесной пары.

В результате апостериорной обработки показаний путеизмерительного комплекса ЦНИИ-4МД были получены траектории движения 3-х колесных пар (рис.1), которые характеризуют просадки рельсовой нити. Повторяемость результатов обусловлена геометрической неровностью рельсового пути, а несовпадение - динамическим взаимодействием ПВ и ж.-д. пути. В сравнении с короткими () и длинными (z) просадками, полученными традиционными методами (рис.2), предложенный метод имеет существенные преимущества.

При средней скорости движения 60 км/ч расстояние L=8,5 м ПВ пройдет за время 0,5 с, при этом инструментальная погрешность интегрирования просадки составит мм.

Разработанный бесхордовый инерциальный метод измерения просадок рельсовых нитей позволил предложить методы для определения упругих деформаций пути, характеризующиеся жесткостью, и в дальнейшем нормировать контролируемые параметры по величине нагрузки и скорости.

Жесткость является именно тем свойством, объективно отражающим степень способности железнодорожной конструкции воспринимать реальное динамическое воздействие, и характеризует его несущую способность (прочность).

Необходимо различать жесткость ж.-д. пути в сопротивлении вертикальным и горизонтальным силам.

Предлагаемый метод измерения ПВ жесткости рельсовых нитей, заключается в том, что предварительно создается дополнительная статическая нагрузка (mдоп.) на одну измерительную тележку (рис.3). При прохождении каждой контролируемой i-й точки двумя колесными парами (например, первой и третей) измеряют силы воздействия ПВ на рельсы (Fп1i, Fп3i) и одновременно измеряют просадки рельсовых нитей (zп1i, zп3i), предложенным выше бесхордовым методом. Выбор фиксированных точек пути осуществляется при помощи одометра, шаг которого выбирается кратным межосевым расстояниям тележки. В результате, в каждой i-й точке пути получают два различных значения силы и просадки: при прохождении колесных пар нагруженной (рис.3а) и ненагруженной (рис.3б) тележек вагона.

Значения вертикальных жесткостей рельсовых нитей определяют как отношение разности сил к разности просадок для левой и правой рельсовой нити

.

По статистике большинство аварий и крушений поездов происходит именно на криволинейных участках пути, т. к. именно здесь колесами рельсам передаются наибольшие боковые усилия, приводящие к потере боковой жесткости. Поэтому актуальной задачей является также разработка метода измерения ПВ боковой жесткости рельсовых нитей.

Метод базируется на том, что при прохождении каждой k-й фиксированной точки рельсового пути всеми колесными парами ПВ измеряют рамные силы, действующие на каждую из колесных пар, и горизонтальные неровности рельсовых нитей с помощью бесхордового метода измерения горизонтальных неровностей рельсовых нитей. Рамной силой называют равнодействующую всех боковых сил, воспринимаемую колесами одной колесной пары.

На основе полученной измерительной информации составляют шесть независимых уравнений вида

,

где i=1,2,3,4, ; и боковые жесткости левой и правой рельсовых нитей в k-той фиксированной точке рельсового пути; и, где и неровности левой и правой рельсовых нитей, измеренные при прохождении k-той фиксированной точки i-той колесной парой;, где рамная сила, действующая на i-ю колесную пару при прохождении k-той фиксированной точки пути.

Из шести уравнений выбирают систему, состоящую из двух уравнений, причем так, чтобы система была неоднородной () и определенной (), а значения и находят по формуле Крамера.

В рамках диссертационной работы данный метод не получил развития в связи с большим объемом исследований и сложностью проведения эксперимента в условиях ПВ, для чего необходима поддержка и заинтересованность соответствующих ж.-д. служб. Поэтому в работе уделено внимание методу измерения вертикальной жесткости.

Для исследования метода измерения вертикальной жесткости рельсовых нитей была разработана математическая модель упругого пути и проведено компьютерное моделирование.

Математическая модель пути основывалась на величинах, которые можно привести к расчетным параметрам жесткости пути и измерять в процессе проезда ПВ с использованием штатных измерительных устройств.

Модель пути, обладающего упругими свойствами, представляется в виде неразрезной балки, проходящей над рядом промежуточных опор-шпал Ni (пружин) (рис. 4). Сила Q, прикладываемая точечно к балке имитирует создаваемую колесом вертикальную нагрузку. Силы инерции элементов пути при существующих скоростях движения поездов малы по сравнению с весовой составляющей и силами инерции колеблющихся масс подвижного состава и ими без существенной для практической цели погрешности можно пренебречь.

Основным элементом математической модели является система уравнений для определения величины опускания опор-шпал zi под движущейся нагрузкой:

,

где bij – коэффициенты матрицы В:, для i < j, для i > j, где ЕI – изгибная жесткость рельса, Q=mg, m – масса нагрузки, L=Nd – длина балки (d - расстояние между опорами-шпалами), l – расстояние до точки приложения силы, y – продольная координата точки, в которой определяется прогиб слева и справа от точки приложения нагрузки.

Сила воздействия нагрузки на рельс определялась как

, (3)

где - динамическая составляющая, определяемая частотой свободных колебаний балки.

Программное обеспечение позволило отмоделировать часто встречающийся на практике случай наличие, так называемых, «отрясенных шпал», т. е. шпал, которые в результате эксплуатации рельсового пути, перестали иметь контакт с балластным слоем (шпала «висит» на рельсовой нити). В качестве возмущения моделировалось движение колес одной из тележек вагона (рис. 5). В момент времени, когда тележка находится в положении, как показано на рисунке, рельсовая нить приняла форму 2, вид которой определила неравножесткость конструкции, заданная некоторым распределением «отрясенных» шпал.

Следует отметить, что даже при отсутствии колебательного движения кузова вагона относительно горизонтальной плоскости, которое возникает при движении вагона и вызывает изменение величин нагрузок, передаваемых на путь в точках контакта (колесо-рельс), траектории движения колес К1 и К2 (рис.5, линии 3 и 4) не совпадают.

Таким образом, можно сделать следующие выводы, что при синтезе новых методов контроля состояния рельсового пути необходимо учитывать его упругие свойства, характер движения вагона, а также информацию об угловом положении, скорости и ускорении движения кузова вагона, которая может быть получена по показаниям БИНС.

В результате моделировании была оценена методическая погрешность метода измерения вертикальной жесткости, составившая 3%.

Для реализации метода на практике необходимо измерять силы динамического взаимодействия, которые можно определить, зная ускорения точки контакта колеса с рельсом. При установке измерительного устройства в непосредственной близости к точке контакта, а именно на буксовую крышку колеса, требование к массогабаритным характеристикам измерительного устройства имеет первостепенное значение.

Для разрешения этой проблемы были разработаны два экспериментальных образца ИИМ (рис.6а) на базе современных микромеханических (MEMS) – датчиков и проведены экспериментальные исследования в составе ПВ ЦНИИ-4МД Октябрьской железной дороги.

В третей главе представлены результаты исследования возможности использования ИИМ для оценки динамического взаимодействия ПВ и рельсового пути.

ИИМ включают в себя три одноосных микромеханических гироскопа (МГ) ADXRS 401 и три двухосных микроакселерометра (МА) ADXL 202 фирмы Analog Devices. При проезде ПВ, следовавшего по плановому маршруту, модули были установлены на буксы одной колесной пары (рис.6б), что позволило контролировать линейные ускорения и скорости углового вращения, контактирующих с рельсом колес.

Для оптимальной обработки показаний ИИМ, был разработан алгоритм интегрированной системы (рис.7). Фильтр Калмана, на основе которого были интегрированы показания ИИМ и штатной аппаратуры ПВ (БИНС, одометр, система датчиков перемещения БК (СДП)), позволяет оценить погрешности чувствительных элементов ИИМ и корректировать их значения.

При этом формировался вектор измерений Y размерностью 91:

,

где,,и,,- погрешности БИНС и ИИМ при выработке углов ориентации;,, и,, - составляющие векторов скорости и перемещения в географической системе координат;- просадка (вертикальная неровность), записанная по показаниям СДП при проезде ПВ; - скорость изменения просадки.

Погрешности системы являются компонентами вектора состояния X размерностью 151:

где,, и,,- смещения нулевых сигналов МА и МГ;,, и,,- погрешности определения составляющих векторов скорости и координат.

В результате постобработки экспериментальных результатов удалось получить траекторию движения колесной пары ПВ, по которой можно судить о просадках. На исследуемом отрезке ж.-д. пути были зафиксированы участки, относительно которых можно говорить о существующей тенденции к ухудшению эксплуатационного состояния, что нельзя было выявить по реализациям просадок, полученных традиционными методами.

Таким образом, результаты исследований подтвердили целесообразность использования ИИМ в решении задач диагностики рельсового пути.

Разработав бесхордовый инерциальный метод измерения просадок рельсовых нитей, методы для определения упругих свойств пути и средства для их реализации, можно перейти к вопросам нормирования результатов измерения.

В четвертой главе получена зависимость динамической деформаций пути от параметров движения.

Исследование движения вагона и деформаций пути проводилось в два этапа: 1) изучение деформаций упругого пути, при движении нагрузки по неровностям; 2) расчет колебаний подрессоренной нагрузки при движении по жесткому деформированному пути. Такое разбиение расчетной схемы на две более простые существенно облегчает решение задачи.

Математическая модель упругого пути (см. рис.4), соответствующая первому этапу получена во второй главе.

На втором этапе определялась динамика подрессоренной нагрузки при движении по жесткому пути.

Объединяя расчетные схемы (рис.8), была получена зависимость динамической деформации упругого пути от параметров движения нагрузки:

, (4)

где - геометрическая составляющая неровности пути, определяющая начальные условия. При этом, динамическая составляющая при расчете сил воздействия на путь (3) определялась как динамическая добавка к весу движущейся нагрузки, вызванная колебаниями подрессоренной нагрузки.

Входящие в (4) величины скорости, ускорения и перемещения подрессоренной массы можно определять, используя информацию БИНС, ИИМ, датчика БК и одометр. Тогда погрешность определения зависит от следующих параметров:

где - погрешность определения вертикального ускорения кузова по ИНС; - погрешность определения скорости вертикальных колебаний кузова; - погрешность определения скорости движения вагона по одометру; - погрешность определения вертикальных перемещений кузова; - погрешность определения массы нагрузки, действующей на рельсы; - погрешность определения суммарной жесткости рессор вагона и рельсового пути; - погрешность определения коэффициента демпфирования.

Зависимость погрешности определения от скорости движения, показала, что с увеличением скорости погрешность уменьшается, а максимальная составляет ~ 1,5 мм.

Имея зависимость динамической составляющей, нормированное значение неровности можно получить как

.

Для реализации разработанных методов измерения параметров рельсового пути разработана математическая модель и функциональная схема интегрированной системы (рис. 9) современного путеизмерительного комплекса с использованием разработанных ИИМ.

Объединение штатных измерителей ПВ и разработанных ИИМ на основе интегрированной системы позволит сочетать разработанные методы с традиционными и расширить перечень контролируемых параметров, измеряя вертикальную и боковую жесткости рельсового пути.

Заключение

Основные результаты проделанной работы можно сформулировать следующим образом:

  1. Разработан и исследован бесхордовый инерциальный метод измерения путеизмерительным вагоном просадки рельсовых нитей.
  2. Разработан метод измерения путеизмерительным вагоном вертикальной жесткости рельсового пути и проведено имитационное моделирование.
  3. Разработан метод измерения путеизмерительным вагоном боковой жесткости рельсового пути и даны рекомендации по выбору датчиков, для измерения рамных сил.
  4. Разработана математическая модель, характеризующая зависимость динамических деформаций пути от параметров движения.
  5. Разработаны принципы построения интегрированной системы современного путеизмерительного комплекса, позволяющие реализовать предложенные новые методы.

В итоге, научные и практические результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы при модернизации существующих и синтезе новых путеизмерительных комплексов.

Список основных публикаций по теме диссертации

Pages:     | 1 || 3 |






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