ТРАНСВУЗ-2015.Часть 2

Ремонт и динамика подвижного состава

m1 – масса груза, моделирующего тележку;

с2 – коэффициент жесткости пружины для моделирования кузовной ступени подвешивания;

с1 – коэффициент пружины для моделирования буксовой ступени подвешивания;

z2 – подпрыгивание груза, моделирующего кузов;

z1 – подпрыгивание груза, моделирующего тележку; V1 – линейная скорость перемещения неровности, h1 – амплитуда неровности модели;

l1 – длина неровности модели.

При формировании физической модели, необходимо получить такое значение параметров m2 , m1 , с2 , с1 , z2 , z1 , V1, h1, l1, которое позволило бы получить подобие колебании с натурным локомотивом. Существуют различные методы получения критериев подобия модели и натуры [2, 3, 5, 6, 7], которые основаны на применении теорем теории подобия. При практическом моделирований критерии подобия определяются двумя методами [7]:

–приведением уравнений физического процесса к безразмерному виду (необходимо иметь уравнение исследуемого процесса);

–применением π – теоремы. Им можно пользоваться и в случаях, когда известны только параметры процесса, а уравнение процесса неизвестно.

На основе применения первой из указанных методик, получены основные критерий подобия натуры и модели:

30

ТРАНСВУЗ – 2015

Таким образом, сформированы критерии подобия локомотива и модели, на основе которых, создана физическая модель, позволяющая определить показатели динамических качеств локомотива.

В первую очередь при проектировании модели подбирались массы грузов модели пропорционально массам кузова, тележки и колесной пары натурного образца – электровоза 2ЭС10.Соотношение масс представлено в табл. 1.

Таблица 1 Соотношение масс локомотива 2ЭС10 и модели (на одну колесную пару)

При подборе масс учитывался масштабный коэффициент:

m

m mнi 3200 . (6)

мi

31

Ремонт и динамика подвижного состава

Проектирование параметров модели осуществлялось в первую очередь на основе равенства парциальных частот колебаний кузова, тележки натурного локомотива и частей модели. В этом случае парциальные частоты кузова и тележки натурного локомотива определим на основе параметров электровоза 2ЭС10 по формулам [8]:

2ЭС10, другая – включает компенсирующее устройство в буксовой ступени подвешивания. При этом в конструкцию груза, моделирующую тележку, была установлена система для формирования нелинейной силовой характеристики, которая состоит из дополнительных упругих элементов, формирующих усилие, направленное на компенсацию реакции основного упругого элемента буксовой ступени модели.

Скорость диска, моделирующего путь, задавалась соответственно значениям скорости движения локомотива посредством изменения напряжения на зажимах двигателя привода. Значения виброускорений определялись регистратором ускорения Extech VB300. Результаты испытаний приведены на рис. 1 – 3. На рис. 1 представлены максимальные виброускорения кузова для типового и нелинейного подвешивания. При скорости 100 км/ч происходит резонанс, что прослеживается по графикам виброускорений.

32

ТРАНСВУЗ – 2015

Рис. 3. Максимальные ускорения колесной пары электровоза

В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что введение компенсирующего виброзащитного устройства в схему обрессоривания снижает максимальные виброускорения кузова на всем диапазоне скоростей. Наибольший эффект наблюдается в зоне резонанса – ускорения кузова снижаются в 2,2 раза, а при скорости 120 км/ч – в 1,9 раза. Виброускорения узлов локомотива снижаются значительно, что положительно отразится на стабилизации давления колеса на рельс и улучшении тяговых качеств.

Список литературы

1. Вершинский, С. В. Динамика вагона / С. В. Вершинский, В. Н. Данилов, В. Д. Хусидов; под. ред. С. В. Вершинского. – 3-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1991. – 860 с.

33

Ремонт и динамика подвижного состава

2.Веников, В. А. Теория подобия и моделирования. – М.: Высшая школа,

1976. – 479 с.

3.Пинчук, С. И. Организация эксперимента при моделированиии оптимизации технических систем: учебное пособие. – Днепропетровск:

ОООНезависимая издательская организация «Дива», 2008. –248 с.

4.Галиев, И. И. Методы и средства виброзащиты железнодорожных экипажей [Текст] / И. И. Галиев, В.А. Нехаев, В. А. Николаев. – М.: Учебнометодический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2010. –

340 с.

5.Теории подобия и размерностей. Моделирование [Текст]: учебное пособие для втузов / П. М. Алабужев и др. – М.: Высш. шк., 1968. – 206 с.

6.Седов, Л. И. Методы подобия и размерности в механике. 8-е изд., перераб. М.: Наука, 1977. – 440 с.

7.Бабаков, М. Ф. Методы машинного моделирования в проектировании электронной аппаратуры / М. Ф. Бабаков, А. В. Попов. Учеб. пособие – Харьков: Нац. аэрокосмический ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2001. – 90 с.

8.Механическая часть тягового подвижного состава [Текст] / Под ред. И. В. Бирюкова. – М.: Транспорт, 1992. – 440 с.

УДК 629.4

Е. П. Челтыгмашев

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ СИСТЕМЫ «ГРУЗОВОЙ ВАГОН – ПУТЬ» С ДВУХКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ

Выполнена сравнительная экспериментальная оценка эффективности введения второго канала передачи возмущения (компенсирующего устройства) в структурную схему рессорного подвешивания тележки грузового вагона. Установлена высокая эффективность новой ходовой части грузового вагона – в зоне эксплуатационных скоростей его движения максимальные ускорения кузова вагона с таким устройством н 40 – 200 % ниже, чем у модели вагона с конструктивными параметрами, соответствующими тележке 18-100.

34

ТРАНСВУЗ – 2015

Оценку правомерности результатов теоретических исследований, направленных на совершенствование механической части подвижного состава и улучшение показателей ее динамических качеств, можно получить на основе натурных испытаний исследуемого образца конструкции механической колебательной системы «вагон-путь». Вместе с тем, реализация натурной модели тележки связана со значительными материальными расходами на разработку технического проекта и изготовление тележки, на эксплуатацию испытательного полигона или выделение «окон» на действующих линиях железнодорожного пути, на расходы на тягу и оплату труда локомотивной бригады и др.

Определенную достоверную оценку влияния введения компенсирующего устройства в структурную схему рессорного подвешивания ходовой части вагона в ходе испытаний, выполняемых на малогабаритных физических моделях при задании типичных возмущений на входе в систему. К таким возмущениям можно отнести дефекты рельсов, оказывающие наибольшее воздействие на железнодорожный экипаж: стыковые неровности и дефекты рельсов, отслоение и выкрашивание металла на повехности катания (дефект № 17.1) в закаленном слое головки принимающего рельса (только в 2013 г. – около 15 тысяч таких остродефектных рельсов), смятие и вертикальный износ головки в зоне сварного стыка (дефект 46.1), вынос металла с поверхности катания рельсов вследствие боксования колес локомотивов (дефект № 14 – пробоксовка колес), волнообразная деформация головки рельса (дефект № 40), боковой износ головок рельсов и др. Кроме того, несовершенства колесных пар подвижного состава также оказывают возмущающее воздействие на железнодорожный экипаж. К этим несовершенствам можно отнести следующие дефекты: навары, выщербины и ползуны, остроконечный накат, а также эксцентриситет колес.

Поскольку реализовать все вышеперечисленные несовершенства на физической модели не представляется возможным, то, в качестве доминирующего источника возмущения выбрана стыковая неровность, дополненная эксцентриситетом, а также и ползуном на поверхности катания колеса.

Для обеспечения адекватности результатов физического моделирования необходимо обеспечить подобие натурного образца и физической модели, которое основано на критериях подобия, устанавливаемых из π-теоремы, либо

35

Ремонт и динамика подвижного состава

на основе анализа дифференциальных уравнений, описывающих поведение колебательной механической системы «вагон-путь» и ее физической модели при кинематическом возмущении с частотой ω, зависящей от скорости движения вагона и длины волны неровности пути:

Так как натурный объект и физическая модель имеют одинаковую физическую природу, то размерности всех членов уравнений (1) и (2) для натурного объекта и для модели – одинаковы. Следовательно, главным критерием обеспечения условия динамического подобия является равенство частот собственных колебаний натурного объекта и модели [1],

Для оценки достоверности теоретических исследований и процессов, происходящих при реальном взаимодействии подвижного состава и пути, в лаборатории кафедры «Теоретическая механика» ОмГУПСа созданы с учетом критериев подобия физические модели механических колебательных систем «грузовой вагон-путь» с типовым рессорным подвешиванием и обрессориванием с компенсирующим устройством, основы создания которого приведены в работе [2]. Вертикальные кинематические возмущающие воздействия, действующие на испытываемые объекты, возникают в результате качения колеса модели по модели рельсового пути со стыковой неровностью, а также из-за эксцентриситета колеса и ползуна на поверхности катания колеса.

Программой испытанный было намечено оценить показатели динамических качеств сравниваемых объектов в диапазоне скоростей движения 40 – 140 км/ч для следующих вариантов:

–порожний вагон с типовым рессорным подвешиванием;

–порожний вагон с компенсирующим устройством;

–груженый вагон с типовым рессорным подвешиванием;

–груженый вагон с компенсирующим устройством.

Замеры и регистрация параметров виброускорений осуществлялась посредством аппаратно-программного комплекса, состоящего из регистратора ускорения Extech VB300, связанного с персональным компьютером. Зависимости максимальных вертикальных ускорений кузовов груженых

36

ТРАНСВУЗ – 2015

вагонов с типовой схемой рессорного подвешивания и вагона с компенсирующим устройством в его ходовой части от скорости движения приведены на рис. 1.

Рис. 1. Максимальные вертикальные ускорения кузовов груженых вагонов с типовой (1) и новой (2) схемами рессорного подвешивания

На рис. 2 представлены графики максимальных вертикальных ускорений кузова порожнего вагона с типовой схемой рессорного подвешивания и кузова вагона с компенсирующим устройством в его ходовой части от скорости движения приведены.

Рис. 2. Максимальные вертикальные ускорения кузовов порожних вагонов с типовой (1) и новой (2) схемами рессорного подвешивания

37

Ремонт и динамика подвижного состава

Проверка адекватности результатов исследования динамических процессов, возникающих в физических моделях механической системы «вагон – путь» выполнялась с помощью F-критерия (критерия Фишера) [3].

Сравнение полученных значений максимальных виброускорений кузовов вагонов в груженом и порожнем режимах его движения показывает достаточно высокую эффективность введения второго (компенсирующего)канала передачи возмущающего воздействия в структурную схему рессорного подвешивания ходовой части вагона. Так, например, при скорости движения груженого вагона максимальные ускорения груженого вагона с экспериментальным рессорным подвешиванием, движущегося со скоростью 90 км/ч в 2, 5 раза меньше, чем у вагона с типовой схемой обрессоривания (подобной модели тележки 18-100). Подобный эффект проявляется и для сравниваемых железнодорожных экипажей в порожних режимах их движения.

Следовательно, такое рессорное подвешивание позволит улучить плавность хода вагонов и обеспечить тем самым сохранность грузов, а также повысить маршрутную скорость движения поезда, что служит основой для повышения эффективности эксплуатации вагонного парка в целом.

Автор благодарен профессору Николаеву В. А. и инженеру Минжасарову М. Х за консультации и оказанную помощь в выполнении данной работы.

Список литературы

1.Алабужев, П. М. Теория подобия и размерностей. Моделирование [Текст] / П. М. Алабужев, В. Б. Геронимус. – Высшая школа, 1968. – 208 с.

2.Галиев, И. И. Методы и средства виброзащиты железнодорожных экипажей [Текст] / И. И Галиев., В. А Нехаев, В. А. Николаев. – М.: Изд-во Учебно-методический центр по образованию на ж.-д. транспорте. 2010. – 340 с.

3.Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий [Текст] / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. – М.: Наука,

1976. – 280 с.

38

ТРАНСВУЗ – 2015

УДК 625.032.43

Д. Ю. Стриженок

ПОСТОЯННОЕ УЛУЧШЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И ПУТИ КАК НЕОБХОДИМАЯ МЕРА ДЛЯ НАРАЩИВАНИЯ ОБЪЕМА ПЕРЕВОЗОК И ПРИБЫЛИ

В данной статье рассмотрен один из важнейших вопросов, влияющих на устойчивое функционирование движения подвижного состава.

Задачи железной дороги:

Наращивание объема перевозок путем капитальных вложений.

Получение адекватной прибыли за счет быстрой окупаемости.

Основное внимание в работе акцентируется на прямой зависимости устойчивого развития компании в целом и содержания, состояния, постоянного улучшения железнодорожного пути и подвижного состава на нем.

Наряду с постоянно растущей конкуренцией между транспортными компаниями, растут и потребности клиентов. На железнодорожном транспорте одним из самых главных критериев устойчивого функционирования движения подвижного состава является поддержание и постоянное улучшение железнодорожного полотна в непосредственном взаимодействии друг с другом.

Первостепенными задачами железной дороги являются наращивание объема перевозок и получение адекватной прибыли. Решить данные задачи возможно только при условии капитальных вложений и быстрой окупаемости, так как развитие и улучшение железнодорожного полотна, обслуживание клиентов на должном уровне и постоянно его повышение.

От колес подвижного состава на путь передается сложное силовое воздействие, которое можно разложить на вертикальные и горизонтальные (поперечные и продольные) составляющие: вертикальное давление, вызывающее осадку пути и изгиб рельсов; боковое давление, стремящееся сдвинуть путь в сторону, и продольные силы – причина угона (продольного смещения) рельсошпальной решетки.

39