WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

В частности, проведено исследование решений уравнения вертикальных колебаний при движении железнодорожного вагона с учетом заданного профиля неровностей пути, а также решений уравнения вертикальных колебаний при движении автомобильного транспортного средства с учетом неровностей пути заданной формы и неровностей пути, имеющих случайный характер и определяемых известными спектральными плотностями и взаимными спектральными плотностями кинематических возмущений. Здесь же приведены формулы расчета кинетической Т, потенциальной П энергий и диссипативной функции Ф узлов кинематических схем колесных транспортных средств. Например, для вагона:

3 1 = (mizi 2 + Iii 2)- mizi 2, 2 i=1 i= где mi, Ii – масса и момент инерции массы i-ro тела; zi, i – обобщенные скорости 18 i-ro тела; =, =, ii i=1 i=1 1 = k1 z4 - q1 2, 1 = h1 z4 - q1 2, () () 2 где ki, hi – коэффициенты жесткости и демпфирования i-ro элемента.

Предложенные в главе 2 на основе уравнения Лагранжа второго рода уравнения (1)–(3) движения изучаемых колесных транспортных средств с учетом неровностей пути различного характера позволяют с помощью разработанного в диссертации пакета прикладных программ исследовать и оптимизировать динамические характеристики движения колесных транспортных средств с целью повышения устойчивости, комфортабельности и безопасности их движения в чрезвычайных ситуациях.

Третья глава диссертации «Исследование безопасности движения и оптимизация динамических характеристик колесных транспортных средств с учетом неровностей пути» посвящена исследованию безопасности движения и оптимизации динамических характеристик колесных транспортных средств с учетом неровностей пути. В частности, проведено численное изучение колебаний железнодорожного вагона в вертикальной плоскости при его движении по неровному пути с заданной формой неровностей. Сделаны расчеты характеристик вертикальных колебаний вагона для различных значений скоростей движения. Проанализировано влияние роста скорости на характер колебаний и безопасность движения вагона.

Выполнена оптимизация динамических характеристик узлов подвески кузова вагона, позволяющая повысить безопасность движения железнодорожного вагона при высокоскоростном движении.

Пусть железнодорожный вагон, состоящий из кузова и двух рам тележек с подбуксовым подвешиванием, кинематическая схема которого изображена на рис. 3, движется вдоль железнодорожного полотна. Рассмотрим вертикальные колебания вагона на стыках железнодорожной колеи, определяемых аналитическим выражением вида q4 = a1 sin t + a2sin t, a1 aгде и - амплитуды неровностей пути, - частота воздействия стыков пути на вагон, v - скорость движения вагона, lр - длина рельса железнодорожного пути, причем = 2lp1 v.

Рис. 3. Основные компоненты кинематической схемы железнодорожного вагона Закон движения вагона в вертикальной плоскости записывается в виде:

d T - + + = Qi(t), (7) dt qi qi qi qi где М, С, К – соответственно матрицы масс, демпфирования, жесткости, Q(t) – вектор обобщенных сил, z – вектор обобщенных координат, zT = z1,1,z2,2, z3,3, z4, z5, z6, z7, zi, i – обобщенные перемещения i-го тела.

() Требуется: а) определить величину перемещений, линейных ускорений, углов поворота, угловых ускорений концентрированной первой массы (кузова) вагона от времени t для высокоскоростного движения v = 240, 280 и 320 км/ч, б) оптимизировать характеристики силовых элементов кинематической схемы вагона.

Результаты математического моделирования показывает, что графики зависимостей перемещения и ускорения концентрированной массы кузова вагона от времени имеют вид, представленный на рис. 3,4 (толщина линий на рисунках увеличивается для возрастающих значений скорости).

Рис.3. Зависимость перемещения от времени Рис.4. Зависимость ускорения от времени кузова вагона для v = 240, 280 и 320 км/ч кузова вагона для v = 240, 280 и 320 км/ч Перемещение кузова вагона невелико и составляет примерно 3–4 мм. Однако, максимальная амплитуда изменения линейного ускорения примерно равна 0,8 g, что достаточно близко к 1,0 g. Поэтому при проектировании железнодорожного экипажа следует иметь в виду, что сила реакции неровностей пути, воздействующая на экипаж, может сравняться или даже превзойти вес экипажа. В самом деле, это явление чревато разгрузкой колесных тележек и может привести к сходу тележки с железнодорожной колеи и создать чрезвычайную ситуацию. Кроме того, кузов подвержен высокочастотным вибрациям. Расчеты показывают, что для снижения максимальной амплитуды линейного ускорения и устранения высокочастотных вибраций необходимо оптимизировать работу демпфирующих и силовых элементов кинематической схемы вагона и установить следующие значения коэффициентов Н c демпфирования h7 = h9 = h16 = h18 = 4,76103. В результате получены графики м перемещений и линейных ускорений кузова вагона, представленные на рис. 5. Результаты вычислительного эксперимента показали, что вертикальное перемещение кузова вагона немного увеличилось и стало существенно более плавным, но одновременно значительно уменьшилась амплитуда вертикального ускорения, хотя его частота и осталась прежней.

В главе выполнено также численное моделирование колебаний автомобильного транспортного средства в вертикальной плоскости при его движении по неровному пути с профилем неровностей, заданных посредством кусочно-линейной аппроксимации. Сделаны расчеты характеристик вертикальных колебаний транспортного средства для различных значений скоростей движения. Проанализировано влияние роста скорости на характер колебаний, безопасность и комфортабельность движения транспортного средства, изучены вопросы оптимизации динамических характеристик для повышения безопасности движения колесного транспортного средства по заданному профилю неровностей пути и с заданной скоростью движения. Выполнена оптимизация динамических параметров узлов пневматической подвески сиденья водителя, кабины и рамы транспортного средства, позволяющая повысить безопасность его движения.

Рис.5. Результаты оптимизации динамических параметров подвески вагона Рассмотрено движение в вертикальной плоскости автомобильного транспортного средства, состоящего из шасси, кузова, кабины, сиденья водителя, подвески и шин, кинематическая схема которого представлена на рис. 6, через препятствие заданного профиля (рис.7), аппроксимируемого следующим выражением:

zРис. 6. Основные компоненты кинематической схемы автомобильного транспортного средства q(x) = Ni -1(x)qi-1 + Ni(x)qi, где Ni-1, Ni - высота неровностей дороги в точках i-1 и i соответственно:

xi - x x - xi-Ni-1 x =, Ni x =.

( ) ( ) xi - xi-1 xi - xi-Рис. 7. Профиль неровностей дороги Общая система уравнений движения данного транспортного средства имеет вид:

Mz + Cz + Kz = Q, (8) где М, С, К – соответственно матрицы масс, демпфирования, жесткости, Q – вектор обобщенных сил, z – вектор обобщенных координат, равный zT = z1, 1, z2,2,z3,3, z4, z5, z6, z7, z8, z9, z10, z11, z12, z13, z14, zi, i – ( ) обобщенные перемещения i-го тела.

Проведенные с помощью программы 1 расчеты показывают, что собственная частота 9 = frequency[12] = 6.649136e-010.66 Hz колебаний сиденья водителя соответствует зоне комфортабельного передвижения. Тем не менее, при движении автомобильного транспортного средства через указанную неровность со скоростью v = 100 км/ч имеем зависимости следующего вида (толщина линий на рис. 8,9 увеличи вается с ростом номера zi и zi).

Однако максимальные амплитуды перемещения z9 и ускорения zi сиденья води zтеля весьма значительны: z9 0.54 м, 22 м/с2 2.2g. Кроме того, для скорости v = 100 км/ч в начальный момент появляются сильные вибрации сиденья водителя. Очевидно, управление транспортным средством в таких условиях может привести к чрезвычайной ситуации.

Для устранения указанных недостатков посредством численно-аналитических расчетов выполнена оптимизация динамических параметров узлов пневматической Рис. 8. Зависимость перемещения от времени Рис. 9. Зависимость ускорения времени от узлов ТС для v = 100 км/ч узлов ТС для v = 100 км/ч подвески сиденья водителя, кабины и рамы автомобильного транспортного средства, позволяющая повысить безопасность его движения. В результате оптимизации ам zплитуда z9 уменьшена примерно в два раза, существенно снижена амплитуда, практически устранены вибрации и ускорен процесс затухания колебаний сиденья водителя. Результаты виртуальных экспериментов представлены на рис. 10.

Рис.10. Результаты моделирования после оптимизации параметров подвески ТС Колебания автомобильного транспортного средства при движении по неровному пути имеют случайный характер. Практический интерес представляет получение характеристик стационарных случайных колебаний колесного транспортного средства при движении его с постоянной скоростью по неровному пути. По результатам исследования движения автомобильного транспортного средства с заданной спектральной плотностью неровностей выполнен анализ средних квадратичных ускорений шасси, кабины и сиденья водителя и определены соответствующие значения скоростей движения, при которых могут наступать чрезвычайные ситуации.

Проведенный в диссертации анализ движения колесных транспортных средств с учетом неровностей пути того или иного профиля и выполненные серии вычислительных экспериментов могут служить основой методики по совершенствованию функционирования систем транспорта с точки зрения устойчивости движения, повышения безопасности и комфортабельности передвижения пассажиров и сохранности перевозимых грузов. Расчеты в рамках иллюстрирующих примеров позволили проанализировать влияние роста скорости движения на характер колебаний и безопасность движения транспортного средства в чрезвычайных ситуациях, а также оптимизировать параметры элементов и узлов кинематической схемы транспортного средства.

В заключении приведены основные результаты, полученные в диссертации.

Приложение к диссертации содержит написанный в интегрированной математической среде Maple пакет проблемно-ориентированных компьютерных программ, состоящий из четырех программ: программы 1 для расчета собственных частот колебаний, перемещений, скоростей и ускорений перемещений узлов автомобильного транспортного средства при движении по заданному профилю неровностей пути;

программы 2 для определения характеристик случайных колебаний автомобильного транспортного средства при движении по пути, поверхность которого имеет случайную последовательность выступов и впадин; программы 3 для вычисления собственных частот колебаний, перемещений, скоростей и ускорений перемещений элементов железнодорожного вагона в вертикальной плоскости при его движении по неровному железнодорожному пути и, наконец, программы графической иллюстрации расчетов, выполненных с помощью программ 1, 2 и 3 соответственно.

Строки с командами программ пронумерованы в порядке возрастания. Текст программы 1 содержится в строках с номерами: 1-172, программы 2 - в строках:

173-326, программы 3 - в строках: 327-467. Запуск программ 1, 2 и 3 осуществляется соответственно в строках с номерами: 158, 317 и 450.

При необходимости с помощью программы, программные модули которой приведены в строках 1–83, возможно произвести графическую иллюстрацию расчетов, выполненных с помощью программ 1, 2 и 3 соответственно. Запуск графических подпрограмм осуществляется соответственно в строках 1, 45, 57.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ На защиту выносятся следующие результаты:

– разработка уравнений движения изучаемых транспортных динамических систем в условиях чрезвычайных ситуаций, с учетом разного характера неровностей пути и широкого диапазона скоростей движения;

– разработка рекомендаций и создание базы для методики по совершенствованию функционирования систем транспорта с точки зрения устойчивости движения, повышения безопасности и комфортабельности передвижения пассажиров и сохранности перевозимых грузов;

– разработка универсального компьютерного способа определения влияния динамических характеристик колесных транспортных средств на устойчивость и безаварийность их движения;

– исследование устойчивости периодических движений железнодорожной колесной пары и разработка рекомендаций по использованию технических характеристик, обеспечивающих безопасные режимы функционирования систем железнодорожного транспорта в чрезвычайных ситуациях;

– получение оценок безопасности на количественном уровне, таких как вероятность безопасности, вероятность опасности, коэффициент средней опасности, коэффициент безопасности, стоимость ущерба и время – период безопасности;

– проведение серии вычислительных экспериментов по анализу безопасности движения и оптимизации динамических характеристик колесных транспортных средств с учетом заданных видов неровностей пути, позволившей дать рекомендации по улучшению функционирования транспортных систем с точки зрения устойчивости, безопасности, комфортабельности, в том числе для высокоскоростного движения;

Н c – расчет значений h7 = h9 = h16 = h18 = 4,76103 коэффициентов демпфиром вания, необходимых для снижения максимальной амплитуды линейного ускорения и устранения высокочастотных вибраций вагона; разработка в результате оптимизации динамических параметров узлов пневматической подвески сиденья водителя, кабины и рамы автомобильного транспортного средства рекомендаций, позволяющих существенно снизить амплитуды колебаний и ускорений колебаний сиденья водителя, а также практически устранить вибрации и ускорить процесс затухания колебаний сиденья водителя;

– разработка в интегрированной математической среде Maple пакета проблемно-ориентированных программ для исследования и оптимизации динамических характеристик движения колесных транспортных средств с целью повышения устойчивости, комфортабельности и безопасности движения.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

а) в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Иванова Ю.А., Голечков Ю.И., Дружинина О.В. О моделировании безопасного движения железнодорожного вагона по неровному пути // Транспорт: наука, техника, управление. 2009. № 2. С. 6-8.

2. Дружинина О.В., Голечков Ю.И., Иванова Ю.А. Исследование периодических движений железнодорожной колесной пары // Транспорт: наука, техника, управление. 2009. № 4. С. 26-31.

3. Иванова Ю.А., Голечков Ю.И., Дружинина О.В. Моделирование высокоскоростного движения динамических транспортных систем // Наукоемкие технологии. 2009. Т.10. № 3. С. 3-9.

б) публикации в других научных изданиях:

Pages:     | 1 | 2 ||






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