WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В настоящее время наиболее широкое применение находят расчетные схемы подвижного состава, учитывающие упругие, диссипативные и инерционные свойства пути. В работе принято, что грузовой вагон представляет собой механическую систему, состоящую из одиннадцати твердых тел, соединенных между собой упругими и диссипативными связями. Расчетная схема колебаний грузового полувагона, возникающих при его движении по вертикальным и горизонтальным неровностям железнодорожного пути, представлена на рис. 1. При составлении расчетной схемы механической колебательной системы «вагон – путь» учитывались инерционные характеристики экипажа, зазоры между буксами и боковыми рамами в буксовых проемах, характеристики рессорных комплектов, состояние поверхностей контакта колес и рельсов, характеристики пути и другие факторы. Для формирования математической модели колебаний экипажа применяется энергетический метод Лагранжа.

Спектральные плотности возмущающего воздействия приняты в соответствии с Руководящим документом РД 32.68-96, разработанным ВНИИЖТом.

Полная система уравнений, описывающих пространственные колебания вагона при движении его по неровностям пути, имеет вид:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

;

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

Модули сил крипа левого и правого колес j-й колесной пары:

(16)

(17)

Проекции реакций рельсов на оси координат:

(18)

(19)

(20)

(21)

Силы трения, передаваемые боковыми рамами левой и правой буксе j-й колесной пары:

(22)

(23)

В случае замыкания зазоров:

(24)

(25)

Для относительного поперечного перемещения рамы и буксы:

(26)

(27)

Вертикальная сила трения:

(28)

Горизонтальная составляющая силы трения в рессорном комплекте:

(29)

Упругая составляющая, обусловленная деформацией рессорного комплекта:

(30)

, если,

(31)

Полная горизонтальная сила упругости рессорных комплектов:

(32)

Численный анализ сформированной системы дифференциальных уравнений дает возможность оценить влияние разброса значений конструктивных параметров узлов ходовой части и режимов движения вагона на динамическую нагруженность боковых рам и требует значительных затрат машинного времени.

Анализ сформированной математической модели позволяет сделать заключение о том, что она дает возможность оценить колебания узлов вагона в ортогональных плоскостях симметрии и поведение вагона в составе поезда.

Рис. 1. Расчетная схема механической колебательной системы «вагон – путь»

Третья глава посвящена решению задачи повышения динамических свойств грузовых вагонов путем создания эффективной системы виброзащиты. Выполнен анализ методов создания эффективных систем виброзащиты, на основании которого создана физическая модель квазиинвариантного рессорного подвешивания грузового вагона, описанная в четвертой главе диссертации.

Решение задачи создания эффективного рессорного подвешивания тележки грузового вагона является сложным, в силу того, что величина прогиба рессорного подвешивания жестко ограничена требованием недопущения саморасцепа автосцепок соседних вагонов.

Одним из перспективных способов решения проблемы повышения динамичес-ких качеств подвижного состава является применение принципа компенсации внешних возмущений. Этот способ может быть использован для создания квазиинвариантного рессорного подвешивания тележки, что позволит значительно уменьшить воздействие вагона на путь и обеспечить его эффективную виброзащиту. Отличительной особенностью систем виброзащиты, основанных на названном принципе, является то, что компенсирующий канал квазиинвариантной системы рессорного подвешивания тележки функционирует только в процессе колебания тележки.

Выполнено сравнение динамических качеств порожнего и груженого вагонов с типовым и квазиинвариантным рессорным подвешиванием в дорезонансной области. Характеристики динамических качеств груженого вагона с типовым (1) и квазиинвариантным (2) рессорным подвешиванием приведены на рис. 2 и 3. Из рис. 2 следует, что с увеличением скорости движения наблюдается снижение показателя ускорений для вагона с квазиинвариантным рессорным подвешиванием. Максимальные ускорения кузова порожнего вагона с квазиинвариантной системой обрессоривания в два раза меньше аналогичного показателя вагона с типовым подвешиванием.

Рис. 2. График максимальных ускорений кузова груженого вагона с типовым (1) и
квазиинвариантным (2) рессорным подвешиванием

Рис. 3. График экстремальных давлений колесной пары груженого вагона на рельс с типовым и квазиинвариантным рессорным
подвешиванием

Для груженого вагона с квазиинвариантным рессорным подвешиванием разность между максимальным и минимальным значениями давления колеса на рельс при скорости 90 км/ч в несколько раз ниже, чем у вагона с типовым рессорным подвешиванием. При движении порожнего вагона со скоростью свыше 90 км/ч наблюдается более чем двукратное уменьшение аналогичного показателя, а разность между максимальным и минимальным значениями этих давлений составляет 4,7 тс.

Перечисленные выше показатели определяются тем, что величина статического прогиба типового рессорного подвешивания – 46 – 50 мм, в то время как этот же показатель предлагаемого квазиинвариантного рессорного подвешивания – 60 мм.

Анализ полученных результатов показывает, что использование квазиинвариантного рессорного подвешивания обеспечивает значительное улучшение показателей динамических качеств грузового вагона и стабильность динамического давления колеса на рельс.

Четвертая глава работы посвящена моделированию и экспериментальным исследованиям физической модели тележки грузового вагона с типовым и квазиинвариантным рессорным подвешиванием. Кроме того, рассмотрены теоретические основы подобия при создании физических моделей механических колебательных систем. Основной динамической характеристикой, определяющей качество функционирования системы виброизоляции, является собственная частота колебаний упругого подвеса, от которой зависит уровень виброускорения при действующем возмущении.

Наибольший вклад в формирование силовой характеристики системы виброизоляции вносят следующие параметры: диаметр торсионов d, величина начального отжатия, радиус R траектории движения ролика и жесткость основного упругого элемента жпр.

В соответствии с критериями подобия и с учетом изложенного была создана физическая модель квазиинвариантного рессорного подвешивания. Программа исследований физической модели была реализована в диапазоне скоростей движения 40 – 180 км/ч для следующих режимов работы грузового вагона: порожний и груженый вагоны с типовым и модернизированным рессорным подвешиванием.

Полученные графики ускорений (рис. 4) порожнего и груженого вагонов показывают, что максимальные ускорения вагона с типовым рессорным подвешиванием наблюдаются в порожнем состоянии – на частоте возмущения 5 Гц; в груженом –3,3 Гц. Для вагона с компенсирующим устройством максимальные ускорения отмечаются в порожнем состоянии – на частоте возмущения 3 Гц; в груженом – 2,5 Гц.

Анализ графиков на рис. 4 позволяет сделать вывод о том, что максимальные ускорения кузова вагона с компенсирующим устройством возникают в области более низких частот по сравнению с вагоном с типовым рессорным подвешиванием, что свидетельствует о повышении эффективности виброзащиты железнодорожного экипажа и возможности реализации повышенных скоростей движения.

Рис. 4. График ускорений порожнего и груженого вагонов

В зоне эксплуатационных скоростей 60 – 100 км/ч у вагона с предлагаемым устройством компенсации ускорения меньше на 60 – 40 % соответственно, что повышает плавность хода экипажа.

Проверка адекватности экспериментальных данных, полученных на физичес-кой модели для исследования динамических процессов, возникающих в механической системе «вагон – путь», выполнялась с применением статистических методов (F-кри-терия Фишера). Обработка экспериментальных данных позволила определить адекватность модели: Fрасч = 1,8; табличное значение F-критерия Фишера Fтабл = 9,3. Таким образом, выполняется условие Fрасч < Fтабл, что указывает на адекватность экспериментальной модели.

Критериями оценки динамических ходовых качеств экипажа являются коэффициент запаса устойчивости колеса против схода с рельса и время вкатывания колеса на головку рельса, которое не является мгновенным процессом и происходит в течение времени tсх. Значение коэффициента запаса устойчивости в случае использования компенсирующего устройства в конструкции рессорного подвешивания повышается в сравнении с типовыми значениями. Анализ графиков значений коэффициента запаса устойчивости колеса против схода с рельса на рис. 5 указывает на сдвиг значений критической скорости в сторону увеличения в случае применения компенсирующего устройства как для порожнего, так и для груженого вагона.

Проведенные исследования показали, что максимальная эффективность предлагаемого устройства отмечается в следующих диапазонах скоростей движения: для порожнего вагона – от 40 до 70 км/ч, для груженого – от 60 до 90. Наибольшее влияние на динамические реакции системы оказывает изменение диаметра торсионов предлагаемого устройства. С повышением скоростей движения увеличение параметра начального отжатия влияет на эффективность предлагаемого устройства незначительно.

а

б

Рис. 5. Значения коэффициента запаса устойчивости колеса против схода с рельса
для вагона с квазиинвариантным (1) и с типовым (2)
рессорным подвешиванием: а – порожний вагон; б – груженый

Анализ полученных в работе результатов показывает, что применение принципа компенсации внешних возмущений может обеспечить улучшение показателей динамических качеств грузового вагона и позволит существенно повысить экономичес-кую эффективность эксплуатации подвижного состава ОАО «РЖД».

В пятой главе выполнен расчет экономического эффекта (в виде чистого дисконтированного дохода) от внедрения опытного образца квазиинвариантного рессорного подвешивания, который за расчетный период (Т = 5 лет) составит 226,8 тыс. р. на один вагон в ценах 2009 г. Срок окупаемости – 2,8 года.

Pages:     | 1 || 3 |






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