ВВЕДЕНИЕ

В дисциплине «Динамика электроподвижного состава» изучаются динамические явления, возникающие в электроподвижном состава (ЭПС) и рельсовом пути при движении подвижного состава, а также при взаимодействии ЭПС с окружающей средой. Изучение этих явлений необходимо для правильного выбора схемы и параметров оборудования ЭПС, в частности, виброзащитных устройств (рессорного подвешивания, горизонтальные, продольные и поперечные связи колесных пар с рамой тележки и тележки с кузовом, подвешивание тягового двигателя, тягового редуктора и т.д.), а также для снижения динамических сил, действующих на несущие элементы механической части и железнодорожный путь, на оборудование ЭПС и находящихся в нем людей.

В связи с изменением в эксплуатации параметров определенных элементов механической части ЭПС из-за старения и износа, важное значение имеет обеспечение требуемого уровня виброзащиты ЭПС. Это необходимо для уменьшения объемов ремонта ЭПС и обеспечения безопасности его движения.

Целью дисциплины «Динамика электроподвижного состава» является изучение:

• способов математического описания динамических явлений, возникающих в ЭПС и методов их расчета;

• способов оценки показателей динамических качеств (ПДК) механической части, характеризующих степень защиты от вибраций, а также безопасность движения ЭПС по пути;

• методов выбора схемы и параметров механической части подвижного состава.

Приступая к изучению настоящей дисциплины, студент должен хорошо владеть методами описания статики и динамики механических систем, изучаемых ранее в курсе «Теоретическая механика», а также способами решения дифференциальных уравнений, действиями над матрицами, излагаемых в курсе «Высшая математика». Кроме того, здесь используются сведения о конструкциях механической части ЭПС из курсов «Электрические железные дороги» и «Механическая часть ЭПС».

Изучив дисциплину, студент должен знать:

• причины возникновения динамических явлений в механической части ЭПС, способы их описания;

• способы описания динамических явлений и методы составления дифференциальных уравнений колебаний, принципы построения динамических моделей;

• методы выбора схем и параметров механической части на основе оценки ее ПДК;

Изучив дисциплину, студент должен уметь:

• выбирать, строить и рассчитывать динамические модели ЭПС;

• определять ПДК механической части ЭПС;

• проводить анализ частотных и динамических свойств, оценку устойчивости движения;

• оптимизировать конструкцию экипажной части по динамическим критериям.

Данный лекционный курс служит этим целям. Для более углубленного изучения перед каждым разделом представлен библиографический список литературных источников по данной тематике. Для закрепления изученного материала после каждого раздела имеется ряд контрольных вопросов.

В целом, курс лекций сохраняет преемственность в изложении ряда положений, разработанных и изложенных в учебной и научной литературе таких известных ученых как В.Б. Медель, С.В. Вершинский, М.Ф. Вериго, В.Д. Хусидов, А.Н. Савоськин, И.В. Бирюков, Г.П. Бурчак, И.И. Галиев.

1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О КОЛЕБАНИЯХ ЛОКОМОТИВОВ

И ВОЗМУЩЕНИЯХ, ВЫЗЫВАЮЩИХ КОЛЕБАНИЯ

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

[1, гл. 2 § 2.1, 2.2, гл.4 § 4.2]

[2, гл. 2, п.п. 2.3]

Рассматриваемые вопросы:

1. Основные задачи динамики локомотивов;

2. Виды колебаний локомотивов;

3. Возмущения, вызывающие колебания;

4. Характеристики элементов соединений.

1. Основные задачи динамики локомотивов

Динамика локомотива – физический процесс возникновения сил, моментов, перемещений составных частей локомотива, вследствие взаимодействия его ходовых частей и верхнего строения пути (ВСП), а также локомотивов и вагонов в движущимся поезде.

Процесс взаимодействия локомотива и ВСП в значительной степени зависит от конструкции локомотивов и ВСП. Влияние на ВСП оказывает и состояние ходовой части. От процессов взаимодействия в сильной степени зависит безопасность движения поездов.

При движении локомотива по рельсовому пути вследствие взаимодействия колес и рельсов возникают динамические явления, которые вызывают колебания пути и подвижного состава (ПС). Эти колебания не требуются для выполнения основной функции ПС – перевозка грузов и пассажиров, поэтому такие колебания называются вредными или паразитными, которые вызывают износ и разрушение ПС и пути.

Основная задача исследования динамических процессов в системе «локомотив-путь» заключается в определении оптимальных значений параметров этой системы, при которых значительно снижаются колебания и динамические силы. Под параметрами понимают – габаритные размеры, массы, жесткости элементов связи. Для определения оптимальных параметров необходимо исследование колебательных процессов локомотива и его отдельных частей, установление критериев для оценки плавности хода, критериев устойчивости против схода с рельсов, критериев вибрации элементов. С точки зрения динамики механическая часть локомотива должна удовлетворять следующим требованиям:

• обеспечивать устойчивость движения экипажа;

• удовлетворять требованиям к качеству механической части.

Совокупность методов решения перечисленных задач и представляет собой содержание науки “Динамика ЭПС”.

2. Виды колебаний локомотивов

При расчете колебаний локомотивов координаты, определяющие положения отдельных тел экипажа (кузова, тележек и т.д.), относят к системе координат , , с центром О (на оси пути), движущийся поступательно со скоростью экипажа (инерционная система, рис.1.1). Колебания тел называют (поступательные):

• 

  Рис. 1.1. Системы координатных осей

  по оси - подпрыгивание (z);

• по оси - относ (y);

• по оси - подергивание (x).

Повороты тела определяют по отношению к системе координат , , связанной с центром масс тела, неподвижной по отношению к основной инерциальной системе координат. Углы поворота характеризуют угловые колебания (вращательные):

• - боковая качка;

• - галопирование;

• - виляние.

Все 6 видов колебаний взаимно связанные. Однако, как показывает опыт, их можно рассматривать раздельно. Поэтому при изучении колебаний ПС их принято разделять на 3 группы:

• вертикальные – по координатам и ;

• продольные – по координате ;

• поперечные (боковые) – по координатам , и .

Каждое из 6-ти видов колебаний принято складывать из свободных и вынужденных. Свободные колебания возникают при отсутствии переменного внешнего воздействия вследствие однократного действия возмущений (удар на стыке рельса, удар колеса с ползуном о рельс и т.д.).

Вынужденные колебания вызваны под действием возмущающих факторов или возбудителей колебаний. Параметры таких колебаний зависят от скорости движения и от характеристик возбудителя.

Вынужденные колебания бывают установившимися и неустановившимися.

Установившиеся колебания являются условным видом при условии движения экипажа с постоянной скоростью по прямым участкам пути, без переломов профиля.

Неустановившиеся колебания возникают в переходных режимах движения:

1. Проход одиночной неровности пути;

2. Вход в кривую и выход из кривой;

3. Трогание и разгон, изменение скорости движения;

4. Переход переломов профиля.

Диссипативные характеристики ЭПС таковы, что свободные колебания быстро затухают. Поэтому при определении ПДК рассматривают в основном установившийся режим вынужденных колебаний.