Динамика подвижного состава и выбор параметров гасителей колебаний

К современному железнодорожному подвижному составу предъявляются требования комфортности (максимальная скорость передвижения при минимальных колебаниях вагонов, бесшумность движения и т.п.).

Для устранения влияния динамических нагрузок подвижной состав оснащён гасителями колебаний. Целью работы является выбор параметров гасителей колебаний подвижного состава, в зависимости от его характеристик, для обеспечения показателей комфортности и безопасности передвижения пассажиров и грузов железнодорожным транспортом. Для достижения поставленной цели применялись методы математического моделирования с использованием численного программирования работы динамических систем. Показатели гасителей колебаний оценивают по результатам исследований показателей динамики подвижного состава (в частности, виброзащиты).

Для оценки динамического состояния подвижного состава применяют методы математического и физического моделирования, которые включают разработку физикоматематической модели, алгоритма вычисления и программирования на ЭВМ. Исследование математической модели численными методами позволяет провести многофакторный эксперимент, используя большое число входных параметров (факторов), и выбрать оптимальные для рассматриваемых условий характеристики конструкции гасителей колебаний.

Для решения динамических задач использовалась получившая наибольшее распространение модель гармонического возмущения, задаваемого в виде синусоиды с периодом, соответствующим длине рельсового звена.

Количественная оценка процесса колебаний (частота, амплитуда) позволяет также выявлять основные процессы, протекающие в рассматриваемой системе при различных видах внешней нагрузки. Введённые допущения, связанные с жёсткостью, подвижностью и геометрической неизменяемостью системы, позволяют определить методы получения математической модели и рассматривать колебания плоскими.

Решение уравнений проводилось в пакете MathCad Prime 4.0 с использованием метода Рунге–Кутты с автоматическим выбором шага. Последующее изучение свойств динамической системы проводилось путём изменения параметра сопротивления гасителей первой ступени рессорного подвешивания, при этом фиксировались значения амплитуды колебаний системы и период.

Анализ результатов показал, что период колебаний кузова и тележек при любых изменениях параметра сопротивления гидрогасителя остаётся неизменным. При заданных показателях определены рациональные параметры сопротивления буксовых гасителей. Используемые на подвижном составе гидравлические гасители колебаний с указанными параметрами способствуют снижению износа и повреждаемости ходовых частей, улучшению плавности хода и безопасности движения, а также снижению затрат на ремонт и техническое обслуживание. 

1. Плеханов П. А. Обеспечение безопасности движения на железнодорожном транспорте в международном сообщении: отечественный опыт и зарубежная статистика // Надёжность, живучесть и безопасность. – 2017. – С. 1–8. [Электронный ресурс]: https://docplayer.ru/39617174-Obespechenie-bezopasnosti-dvizheniya-nazheleznodorozhnom-transporte-v-mezhdunarodnomsoobshchenii-otechestvennyy-opyt-i-zarubezhnaya-praktika.html. Доступ 12.01.2021.

2. Амелин С. В., Смирнов М. П., Рязанцев В. И. и др. Устройство, ремонт и текущее содержание железнодорожного пути / Под ред. С. В. Амелина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1991. – 272 с.

3. Воздействие на организм человека механических колебаний (вибрации). [Электронный ресурс]: https://studopedia.su/11_96204_vozdeystvie-na-organizmcheloveka-mehanicheskih-kolebaniy-vibratsii.html. Доступ 12.01.2021.

4. Негативное воздействие механических колебаний на организм человека. [Электронный ресурс]: https://megapredmet.ru/1-56838.html. Доступ 12.01.2021.

5. Иваночкин П. Г., Зарифьян А. А., Василькова Е. А. Основы механики подвижного состава: Учеб. пособие в 2 ч. – Ч. 1. – Ростов н/Д. – 2015. – 58 с. [Электронный ресурс]: https://docplayer.ru/54635179-Osnovy-mehanikipodvizhnogo-sostava.html. Доступ 12.01.2021.

6. Гарг В. К., Дуккипати P. B. Динамика подвижного состава / Пер. с англ. – Под ред. H. A. Панькина. − М.: Транспорт, 1988. − 391с.

7. Вершинский С. В., Данилов В. Н., Хусидов В. Д. Динамика вагона: Учебник для вузов ж.д. транспорта / Под ред. С. В. Вершинского. – 3-е изд., перераб. и доп. − М.: Транспорт, 1991. − 360 с.

8. Тарг С. М. Теоретическая механика. – М.: Машиностроение, 2013. – 232 с.

9. Рубан В. Г., Матва А. М. Решение задач динамики железнодорожных экипажей в пакете MathCad: Учеб. пособие. – Ростов н/Д, РГУПС, 2009. – 99 с.

10. Савоськин А. Н., Бурчак Г. П., Васильев А. П. Динамика тягового подвижного состава: Часть I. Конспект лекций по дисциплинам «Динамика систем», «Основы механики подвижного состава», «Механическая часть э.п.с.» / Под ред. А. Н. Савоськина. – М.: РУТ (МИИТ), 2017. – 91 с. [Электронный ресурс]: https://docplayer.ru/86797403-Dinamika-tyagovogo-podvizhnogosostava.html. Доступ 12.01.2021.

11. Воронин А. В. Моделирование технических систем: Учеб. пособие. – Томск: ТПУ, 2013. – 130 с. [Электронный ресурс]: https://portal.tpu.ru/SHARED/v/VORONINAV/ycheba/Tab1/Моделирование%20технических%20сис.doc. Доступ 26.04.2021.