автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Обоснование параметров пневморессоры рессорного подвешивания для вагона метрополитена города Янгон Республики Мъянма

На правах рукописи

ЙЕ ВИН ХАН

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПНЕВМОРЕССОРЫ

РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ ДЛЯ ВАГОНА МЕТРОПОЛИТЕНА ГОРОДА ЯНГОН РЕСПУБЛИКИ

МЬЯНМА

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

15 ЯНЗ 2015

Москва-2014 г.

005557609

005557609

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» МГУПС (МИИТ) на кафедре «Электропоезда и локомотивы»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор, Сердобинцев Евгений Васильевич

Мазнев Александр Сергеевич, доктор технических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I», кафедра «Электрическая тяга», профессор;

Бржезовский Александр Менделович, кандидат технических наук, Открытое акционерное общество «Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта», отделение «Комплексные исследования взаимодействия пути и подвижного состава», ведущий научный сотрудник.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет путей сообщения».

Защита состоится «4» марта 2015 г. в 13:00 на заседании диссертационного совета Д 218.005.01 на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» по адресу 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, ауд. 2505.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте МГУПС (МИИТ), www.miit.ru.

Автореферат разослан « 26 » декабря 2014 г.

Учёный секретарь диссертационного совета.

Воронин Николай Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Данная диссертация решает актуальную задачу выбора параметров центральной ступени рессорного подвешивания путём сравнения вариантов использования пружинного и пневматического подвешивания применительно к вагону метрополитена с осевой формулой 20-2о.

Для решения этой задачи рассматриваются колебания подпрыгивания, галопирования и боковой качки кузова и тележек, а также подпрыгивания и боковой качки колёсных пар. При этом колебания подергивания, относа и виляния считаются условно несвязанными с подпрыгиванием, галопированием и боковой качки и не учитываются.

Цель работы. Целью данной диссертационной работы является обоснование выбора конструкции, схемы и параметров вертикальных связей кузова с рамой тележки по условию выполнения требований к уровню показателей динамических качеств (ПДК) путём исследование колебаний на математической модели вагона метрополитена.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

-проверена адекватность математической модели пневморессоры, описывающей во временной области колебания груза на пневморессоре;

-разработана пространственная (в смысле учёта боковой качки) математическая модель системы экипаж-путь для вагона метрополитена с осевой формулой 20-20 и двумя конструкциями центральной ступени рессорного подвешивания;

-составлены системы дифференциальных уравнений, описывающих колебания подпрыгивания, галопирования и боковой качки кузова и тележек, а также подпрыгивания и боковой качки колёсных пар для конструкции центральной ступени рессорного подвешивания с пневморессорой;

-сгенерирован методом скользящего суммирования банк данных вертикальных эквивалентных геометрических неровностей рельсового пути тоннеля метрополитена;

-исследованы во временной области вынужденные случайные колебания модели вагона метрополитена с двумя конструкциями центральной ступени рессорного подвешивания;

-даны рекомендации по конструкции и параметрам рессорного подвешивания;

-разработан пакет программ для исследования вынужденных случайных колебаний во временной области с определением зависимостей ПДК от скорости движения.

Объект диссертационного исследования. Объектом диссертационного исследования является вагон метрополитена с массовым, инерционными и геометрическими характеристиками соответствующими вагону метрополитена типа «Яуза» и рельсового пути тоннеля метрополитена.

Предмет исследования. Предметом исследования является математическая модель вагона метрополитена, с помощью которой производится выбор параметров центральной ступени рессорного подвешивания, обеспечивающих улучшение показателей динамических качеств.

Методика исследований.

-при выполнении генерация эквивалентных геометрических неровностей по заданной спектральной плотности использовался метод скользящего суммирования;

—при исследовании случайных вынужденных колебаний во временной области для решения системы дифференциальных уравнений применялся метод Рунге-Кутга IV порядка;

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

—произведена во временной области корректировка математической модели пневморессоры с одним дополнительным резервуаром;

—разработана математическая модель, для исследования колебаний подпрыгивания, галопирования и боковой качки кузова и тележек, а также подпрыгивания и боковой качки колесных пар для конструкции центральной ступени рессорного подвешивания с пневморессорой;

-показана целесообразность использования пневморессоры с одним дополнительным резервуаром в конструкции центральной ступени рессорного подвешивания вагона метрополитена для перевозки пассажиров в городе Янгон Республики Мьянма;

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены корректностью используемых автором математических методов и адекватностью разработанных математических моделей.

Практическая ценность.

—выбранные параметры центральной ступени рессорного подвешивания вагона метрополитена обеспечивают улучшение показателей его динамических качеств во всем диапазоне эксплуатационных скоростей до у=100 км/ч, что позволяет рекомендовать использовать этот подвижной состав для эксплуатации на будущем метрополитене города Янгон Республики Мьянма.

—разработанные пакеты программ для персонального компьютера в среде TURBO BASIC позволяют выполнить исследования случайных вынужденных колебаний модели вагона метрополитена с различными схемами пружинного и пневматического рессорного подвешиваниями.

Апробация работы. Основные результаты по диссертации были доложены на следующих международных и российских научно-технических конференциях: «Безопасность движения поездов», (2012—2013 гг., г. Москва); «Конструкция, динамика и прочность подвижного состава», посвящённая 75-летию со дня рождения профессора В.Д. Хусидова, (2014 г., г. Москва); Основные этапы и результаты диссертационной работы докладывались на: научном семинаре и заседаниях кафедры «Электропоезда и локомотивы» в 2013-2014г.г. МГУПС (МИИТ).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 4 печатных работах, в том числе 2 — в изданиях, рекомендованных ВАК России, по специальности 05.22.07 — Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Общий объём работы — 132 страниц, 6 таблиц и 76 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цель и основные задачи исследований. Здесь же сформулированы основные научные положения диссертационной работы.

В первой главе произведён анализ транспортных систем государств Азии, определены тенденции их развития. Основное внимание уделено анализу транспортной системы Республики Мьянма и перспективы её развития.

Анализ транспортной системы государства Мьянмы показал:

1. управление Мьянмских железных дорог (MR) является государственным учреждением, которое руководит сетью железных дорог в стране. Это 5403 км колеи 1000 мм, где имеется 858 станций. Сеть железных дорог в целом охватывает всю страну с севера на юг и с востока и запад.

2. в начале 2011 года для обеспечения перевозок на MR работало 389 локомотивов и 4673 железнодорожных вагонов.

3. грузовые поезда массой до 600 тонн тормозятся локомотивами, но при этом максимальная скорость их движения составляет всего 32 км/час.

В первой главе также показано, что необходимо для развития транспортной системы города Янгон, который является крупнейшим городом Рес-

публики Мьянма. Он наиболее развит в экономическом и промышленном отношении. Площадь Янгона около 350 кв. км и население 6 млн. человек. Территория города делится на 45 районов. В Янгоне для обеспечения связи между районами при обеспечении перевозок пассажиров, к сожалению, нет, не только метрополитена, как в других таких же крупных городах мира, но и даже трамвая. Основной вид городского транспорта для жителей Янгона -автобус. В городе также есть наземный городской железнодорожный транспорт и речной для перевозки грузов и пассажиров по рекам.

Как известно, приобретение личного автотранспорта недоступно для большинства жителей республики Мьянма. Поэтому автобусы являются основным видом транспорта в Янгоне и прилегающих к нему районах. В январе 2008 года в регионе Янгона было почти 182 ООО автомобилей, что составляет 17,7% от общего их числа в стране.

Для решения проблемы городского транспорта Янгона необходимо по примеру других городов мира дополнить существующие виды транспорта другими видами, в частности, метрополитеном и трамваем. Это, как показывает мировой опыт, наряду с улучшением экологии города увеличивает темпы развития его промышленности.

Вторая глава посвящена анализ работ по исследованию вертикальных колебаний. Появившиеся в 1804 году почти в их современном виде железные дороги значительно упростили процесс перевозки грузов и пассажиров. В качестве основной системы на них была принята система «колесо-рельс», где колесо было и элементом опирания и движителем. Следствием этого стало наличия геометрических неровностей на поверхности катания рельсов и бандажей, которые вызывают появление колебаний подвижного состава (ПС) и пути. Амплитуда этих колебаний увеличивается с ростом скорости движения. Проблемой исследования колебаний, в том числе и вертикальных, начали заниматься практически с появлением железных дорог. Особенно эта проблема стала актуальной в связи с ростом скоростей движения подвижного состава, его мощности и массы.

По вопросам исследования и решения проблемы ограничения амплитуд колебаний, в том числе и вертикальных, подвижного состава и пути известно большое количество работ, как в России, так и за рубежом. К числу самых известных авторов этих работ в России можно отнести: П. С. Анисимова, И. В. Бирюкова, Е. П. Блохина, А. М. Бржезовского, Г. П. Бурчака, М. Ф. Вериго, С. В. Вершинского, Л. О. Грачеву, И. И. Галиева, В. Д. Дановича,

A. С. Евстратова, И. П. Исаева, А. А. Камаева, В. А. Камаева, А. Я. Когана,

B. М. Кондрашова, Е.П. Королькова, М. Л. Коротенко, В. С. Коссова, В. Н.

Котуранова, Н. Н. Кудрявцева, С.М. Куценко В. А. Лазаряна, А. А. Львова, В. Б. Меделя, М. П. Пахомова, Ю. С. Ромена, А. Н. Савоськина, Е. В. Сердо-бинцева, М. М. Соколова, Т. А. Тибилова, В. Ф. Ушкалова, В. Д. Хусидова и многих других, а за рубежом - Р. Г. Джарвиса, Р. Жоли, К. С. Каспакбаева, Д. Л. Кофмана, Д. Лиона, Т. Мацудайра, А. Д. Де Патера, В. Г. Солоненко, Е. Шперлинга, Д. М. С. Фейрвезера и др.

Не смотря на то, что большинство из этих работ написаны в прошлом веке, результаты, полученные в них и сделанные там важные выводы, не потеряли актуальности и в XXI веке. В наше время работы в этом направлении продолжаются.

Большой вклад в исследования вертикальных колебаний подвижного состава сделан не только отдельными учёными, но и коллективами многих научно-исследовательских организаций транспорта и промышленности России. В их числе БГТУ, ВНИИВ, ВНИИЖТ, ВНИКТИ, ВЭлНИИ, ДВГУПС, МИИТ, ОмГУПС, ПГУПС, РГУПС и другие. На Украине к ним можно отнести в первую очередь ДИИТ, ХИИТ и Восточно-Украинский университет (г. Луганск).

Основная масса работ по исследования вертикальных колебаний, посвящена выбору схем и параметров рессорного подвешивания подвижного состава. При этом принимается, что показатели динамических качеств, оценивающих взаимодействие экипажа и пути, не должны превышать своих допустимых значений.

Наряду с экспериментами на реальных конструкциях и физических моделях исследование колебаний ПС проводят и на математических моделях, которые заменяют реальный экипаж и железнодорожный путь. Современные персональные компьютеры позволяют создавать математические модели сложных динамических систем экипаж-путь, которые с большой достоверностью описывают колебательные процессы, происходящие на реальном подвижном составе. В качестве возмущения в этих исследованиях используются детерминированные и случайные неровности пути.

На кафедре «Электропоезда и локомотивы» МГУПС (МИИТ), основываясь на теоретических и экспериментальных исследованиях, была разработана методика определения характеристик случайных возмущения. В работе при моделировании возмущения методом скользящего суммирования использовалось аналитическое выражения спектральной плотности эквивалентной геометрической неровности, полученное по результатом обработки испытаний проведённых на линиях Московского метрополитена. Во второй главе также выполнен анализ использование пневморессор в центральной ступени

рессорного подвешивании железнодорожного подвижного состава и вагонов метрополитена.

В настоящей диссертационной работе предполагается использовать нелинейную модель пневморессоры и исследование колебаний выполнить во временной области. Имеющийся в России опыт по конструированию и созданию ПС с пневмоподвешиванием (РВ37М, ЭР22П, ЭР200, вагоны метро типа «И», «Яуза», «Русич», рельсовые автобусы РА1, РА2 и другие), показал, что демпфирующая способность пневморессоры с дополнительным резервуаром практически достаточна для обеспечения гашения колебаний надрес-сорного строения без применения специальных гасителей колебаний. В результате выполненных экспериментов было установлено, что коэффициент затухания пневморессоры возрастает с увеличением амплитуды колебаний, что является дополнительным преимуществом при использовании пневмо-подвешивания.

В данной диссертационной работе выполнено сравнение динамических качеств вагона метрополитена проектируемого для города Янгон с центральным пружинным и пневматическим рессорным подвешиванием. Это сравнение выполнено на математических моделях вагона метрополитена с пружинным и пневматическим рессорным подвешиванием путём исследования случайных вертикальных колебаний этих моделей и принято решения о конструкции центральной ступени рессорного подвешивания.

Третья глава посвящена разработке пространственной кинематической схемы динамической системы экипаж-путь вагона метрополитена с осевой формулой 20-20 (рисунок 1 и 2), составлению уравнений колебаний и выбору исходных данных для расчёта. На кинематической схеме показана обобщённая механическая модель центральной ступени рессорного подвешивания. Здесь упругие элементы ж2ь Ьюц и диссипативный элемент р2\ относятся к схеме с пневматическим центральным рессорным подвешиванием, а ж2 и Д> - к схеме с пружинным центральным рессорным подвешиванием.

Из разработанной кинематической схемы видно, что колебания принятой для исследования модели могут быть описаны следующими обобщенными координатами: подпрыгиванием гк, галопированием <рук и боковой качкой фхк кузова; подпрыгиванием г^, галопированием <рто и боковой качкой Фхт/ рам тележек (/= 1-2 - номер рамы тележки); подпрыгиванием и боковой качкой <рхкл1 колёсных пар тележек (/ = 1-4 - номер колёсной пары); подпрыгиванием гпдр, и г™, масс пути тоннеля метрополитена, приведенных к левому и правому колесам колёсных пар тележек. Центры подвижных систем координат располагаются в центре масс соответствующих элементов эки-

пажа. В качестве возмущения при исследовании вынужденных вертикальных колебаний приняты эквивалентные геометрические неровности 7]ар и Т}п правого и левого рельсов тоннеля метрополитена.

Как отмечено в допущениях при решении подобных задач обычно принимается, что колёсная пара и приведённая к ней масса пути тоннеля метрополитена движутся безотрывно, то есть Zn=zк„-t].

Учитывая принятое допущение, в случае использования в центральной ступени рессорного подвешивания пружин и гидравлических гасителей расчётная кинематическая схема будет иметь 17 степеней свободы, и система уравнений имеет вид:

7Х

(вид сбоку)

(вид спереди)

Центры подвижных систем координат располагаются в центре масс соответствующих элементов экипажа. Как отмечено в допущениях при решении подобных задач обычно принимается, что колёсная пара и приведённая к ней масса пути тоннеля метрополитена движутся безотрывно, то есть г„ =

Учитывая принятое допущение, расчётная кинематическая схема будет иметь 17 степеней свободы. В случае использования в центральной ступени рессорного подвешивания из пружин и гидравлических гасителей система уравнений имеет вид:

тЛ+Щгк +4щгк-2 д(гт1 +гг2)-2ж2(гТ, +гт2)=0

+4ща2^ +2Дя2(гт2-¿т1)+Ъ/с2а2(гг2 -гт1)=0

^ +4ДЛ2ФЖ +4ж2Ьг2<р„-гр^Хф^ + ф„2)-Ъ,с1Ь22{<рхЛ + ^>0

гпЛу +(4Д +2Д)гт. +(4щ +2?/с2)г,. -2Дгк ±2Да2^,к ±

^угРугу + Щ^Рут/ + ^ж\а\<Руг} + 2А«1 (¿кп/ ~ ¿кп(/+1)) +

+ 2ле1л1(гкп/ - гкп(/+1))= 0

-Ък£<рл+Ф^М))-2щЬ?(<р:аЫ +<р„)=0

("2к„+2т„)41. + (2Д + 2Д ^ + + Ъ,са)г^ -2Д ¿, -

+ (2ДА2+Д/кк„ + (2^А2 + ж/УржЫ -

- 2РР\Ф*п -2= Д^ - 7^.)+ - )

Она описывает колебания модели вагона метрополитена, в центральной ступени рессорного подвешивания которой использованы пружины и установленные параллельно им гидравлические гасители.

При использовании в центральной ступени рессорного подвешивания пневморессоры дифференциальные уравнения колебаний такой системы были составлены по рекомендациям Гольдштейна И.А. На рисунке 3. приведена использованная в работе механо - математическая модель пневморессоры с одним дополнительным резервуаром предложенная им же.

Х.Ж21

Рисунок 3 - Механо-математнческая модель пневморессоры с одним дополнительным резервуаром

Система состоит из двух дифференциальных уравнений, описывающих колебание массы т опирающейся на пневморессору. Эта система уравнений имеет вид:

пЦ+ж1\г-у)-1\{г-уУ\ =0;

•«Ж*-У)+Ж~УУ-Му + Я/АУ3)]

В этих уравнениях обозначено: Z -перемещение центра массы т;

ж2]- жёсткость пневморессоры при отключенном дополнительном ре-

яга2

зервуаре; жп =--;

Р„ — коэффициент затухания, определяемый протеканием воздуха через

о - о г, дроссель , р2\— />н; Ри

Ц<1Лр \2RTV,

ТСО1

эффективная площадь пневморессоры (Я^ = —-);/),— эффективный

4

диаметр пневморессоры; V

Я = —г- отношение объёмов воздуха в основном (КО и дополнительном

"г

(У2) резервуарах;

Р-давление воздуха в пневморессоре и дополнительном резервуаре в положении статического равновесия;

и - показатель адиабаты; Я — газовая постоянная;

Г—абсолютная температура воздуха в пневморессоре, равная температуре окружающей среды;

у — —— величина деформации оболочки пневморессоры; Р®э

р— плотность воздуха;

q - масса воздуха, протекающего через дроссель при заданной величине деформации оболочки пневморессоры;

¡¿р и длина и диаметр дросселя в виде жиклера с круглым

отверстием; //— коэффициент расхода воздуха протекающего через дроссель;

sign - математическая операция выделения знака.

Приведённая выше система из двух уравнения учитывает, что оболочка пневморессоры деформируется под действием колебаний массы т. В реальных конструкциях пневморессора устанавливается на тележку экипажа, а сверху на нее опирается кузов. Исходя из этого, в работе была выполнена проверка адекватности математической модели пневморессоры, описывающей во временной области колебания груза на пневморессоре; При этом вычислялись и анализировались зависимости от скорости движения показателей динамических качеств исследуемой модели. Анализ полученных результатов показал, что принятая модель пневморессоры может использоваться при исследовании колебаний подвижного состава во временной области.

Учитывая результаты проверки адекватности, система уравнений колебаний пространственной модели вагона метрополитена с пневморессорами в центральной ступени подвешивания имеет вид:

\zK±a2<p!S+b1(pXK-yt)+ 4

%K±a1(p)K+b1<pXK-yk)+ "

+2ДА(гг2-гг1)=0

\zK ±аг<р^ +bl(PxK -Л)+ +ьг<рж -л)3

'"А +(4Д +2ДХ -2ДЛ- ±2ДА?>х + ЛЛ* + + ^Ч; + 2 До, (¿^,4,) - 0+

+ Ън\а^ (г^м) - г.о.а)=О

+ 4э,с$9х. -2ргЬ\фж -грхь\(ф^ +фхт(М)У

+Жк±аг(р„+Ьг(р^-ук)

=0

(«- +2ш„)гк,„+(2Д + 2Дп)г„„ +(2^, + 2™-п)гк,ц -2Дг„ -2ж,г„ ±Щ^Фуу ±= т„(чы +7П1М.)+ Д„(7Л(. +7пр,.)+ж„(7^ +77пр;) ^Ф^+Ыь: +ру)фхкш+(2ж-1ь; -

-20$ф^-2ж$<р„. = Дв^ -^.Л+^п«^ -7л,)

Д1Л =

(г. ± «2?>,, + Ь^ -ук)+я(г,± аг<РуК +А9„ - Л У ~

-¿О-*

г. ± ^ (г. ± + ^ - Л У -

-Л^+Л'дЛ3)

• + - Л )+ Л ^ Т ^ " Л У - + ^АЛ31'

• «.Пк + Ьг<Р^ ~ У„)+А (г, + Ъг(р^-ук)~4ук+ 12дл3)]

+

В этой системе уравнений к= 1—4 — номер пневморессоры; комбинации знаков ±, плюс относится к первой тележке, а минус ко второй. В комбинации знаков + минус относится к первой пневморессоре тележки, а плюс ко второй.

Обе, приведённые выше, системы уравнений были использованы в ра-

боте для решения поставленной в ней задачи выбора конструкции, схемы и параметров вертикальных связей кузова с рамой тележки путём сравнения конструкции центральной ступени рессорного подвешивания с пневморес-сорами и пружинами, параллельно которым установлены гидравлические гасители. Исходные данные для расчёта приведены таблице 1.

Таблица 1 - Значения параметров, использованных при расчётах

№ Обозначение Размерность Значение параметра

1. тк t 40,875

2. тТ t 4,6

3. шк„ t 1,52

4. т„ t 2,22

5 /ук tm2 1413,4

6 tmz 72,0

7 JyX tm2 6,6

8 J„ tm2 5,0

9 Jхкп tm2 2,3

10 fin kHc/m 90

11 fil kHc/m 34,9

12 Pi kHc/m 59,63

13 ж. kH/m 300000

14 Ж1 kH/m 1852,35

15 Ж2 kH/m 2174,2

16 К m 1,0

17 S m 0,79

18 D, m 0,54

19 Vi mj 0,028

20 Vi mj 0,1

21 P Н/м2 4,59306

22 n 1,4

23 R Дж/кгК 287,1

24 m 0,012

25 lap m 0,072

26 f 0,75

В четвертой главе рассмотрена методика и результаты исследования вынужденных колебаний динамической модели вагона метрополитена. При выполнении расчётов зависимостей ПДК от скорости движения в качестве возмущения использовались эквивалентные геометрические неровности левого и правого рельсов тоннеля метрополитена. Они были получены методом скользящего суммирования. При этом в качестве спектральной плотности

эквивалентной геометрической неровности была принята спектральная плотность б ^о/полученная при обработке результатов динамико-прочностных испытаний вагона метрополитена модели 81.717, выполненных в 1984 году Мытищинским машиностроительным заводом при участии кафедры «Электропоезда и локомотивы» МГУПС (МИИГГ). Испытания проводились на кольцевой и Горьковско-Замоскворецкой линиях Московского метрополитена. Для использования в расчётах в^со) была аппроксимирована следующим выражением:

2л//Ту=1«у -V

ех/ -

(со+са^)

((О-СОЯ)2 +ехц--^—

4ф

0)

с*2

где дисперсия эквивалентной геометрической неровности (по

результатам испытаний было получено = 13,01 мм2); СО - текущее значение частоты, рад/с; ¿»у - частота у-го максимума спектральной плотности;

ау- - доля дисперсии, приходящейся на у'-ый максимум спектральной плотности;

«у-- половина ширины у-го максимума спектральной плотности на

половине его высоты. Параметры аналитического выражения спектральной плотности приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Параметры аналитического выражения спектральной плотпости

Номер составляющей спектра у аЬ рад/с:м/с аг рад/с:м/с а]

1 1,0 0 0,697

2 0,0018 0,20096 0,12

3 0,002 0,25749 0,109

4 0,01 0,314 0,074

С использованием выражения (1) выполнялась «генерация» случайных процессов возмущения и т]л методом скользящего суммирования. Эта

процедура повторялась для каждой скорости движения в диапазоне 40 - 100 км/ч с шагом 10 км/ч. Длина каждой реализации неровности была принята равной /р=32,762 с, что близко соответствует обычно принимаемым при проведении динамических испытаний длинам реализаций регистрируемых процессов в 30 с. В этом случае число точек каждой реализации реакции динамической модели экипаж-путь составляет Л' = 32768 или 215', что соответствует условию выполнения спектрального анализа с помощью БПФ.

За показатели динамических качеств исследуемой модели вагона метрополитена в работе были приняты:

1. Коэффициенты плавности хода С1 и С2 над первой и второй по ходу движения шкворневыми точками на полу кузова:

2. Максимальные значения ускорений кузова соответственно в тех же точках, что и коэффициенты плавности хода;

3. Коэффициенты динамики в связях кузова и рамы тележки, а также рамы тележки и колёсных пар:

КдцЬ кдч21 кдиЗ и кдиА ~ коэффициенты динамики в элементах центральной ступени рессорного подвешивания первой ((к<>ць кдчг) и второй («¿цз к<)ц4) по ходу движения тележек;

кд6Ъ кдб2кдб41 кйб5> кдб(,1 Кдб7 и Кдб8 ~ Коэффициенты ДИНаМИКИ В буКсовой ступени рессорного подвешивания первой (кт, кд62, Кдбз и кдм) и второй (Кц65, кдб6, щб7 и кдбя) по ходу движения тележек, соответственно для левого и правого колёс одной колёсной пары.

При обработке результатов исследований максимальные значения ускорений и динамических сил вычислялись как средние значения абсолютного максимума соответствующих случайных процессов:

(2)

где Б у - среднее квадратичное отклонение случайного процесса q(t).

Величина /е в работе определялась непосредственно по реализациям реакций динамической системы экипаж-путь

где щ-число нулей случайного процесса д(1).

Коэффициент плавности хода С по реализациям случайного процесса ускорений кузова длительностью Ц в работе вычислялся в соответствии со следующим выражением:

_ / « *; С = а-6,67/ £ _I

Ь=1 '

1-Л /» 2

2 I £(/)<?&(/№), (4)

где а - коэффициент пропорциональности, аг= 4,346;

4 • П

I] - длительностьу-то и реализации, * = £ /.;

У=1

Ун>/в - соответственно нижняя и верхняя границы частотного диапазона измеряемых ускорений;

/)-спек1ршы\ъя плотность у-ой реализации процесса ускорений

кузова;

^нб^-нормированная амплитудно-частотная характеристика корректирующего фильтра (аппроксимация физиологического коэффициента):

с2

дн(/) = 1,15 -2 Г/'1 + 0Д/ 2 \-П (5)

V (1 + 4,04/2 Д(1 - 0,0364/2 )+ 0,045/2 ]

Исследование вынужденных колебаний рассматриваемой математической модели вагона было выполнено путём численного интегрирования полученной системы дифференциальных уравнений методом Рунге-Кутта IV порядка при задании случайного возмущения и определении реализации случайных процессов колебаний по всем исследуемым обобщённым координатам.

В работе при исследовании вынужденных колебаний модели вагона метрополитена значения ПДК вычислялись в диапазоне скоростей движения от 40 до 100 км/ч с шагом /1у=Ю км/ч.

Результаты выполненных исследований в виде графиков зависимости ПДК от скорости движения v приведены на рисунках 4 - 8. Как видно из приведённых графиков, значения ПДК модели вагона метрополитена, как с пружинным, так и с пневматическим рессорным подвешиванием не превышают своих допустимых значений до скорости движения у=100км/ч. Однако те же исследования показали, что применение пневматического рессорного подвешивания в центральной ступени имеет значительные преимущества по сравнению с центральным пружинным рессорным подвешиванием.

В диссертации отмечено, что в результатах расчётов зависимостей ГТДК от скорости движения должен был проявить себя первый максимум аппроксимации спектральной плотности эквивалентной геометрической неровности С,/со) с частотой максимума й>;=0, на который приходится 69,7% дисперсии неровности.

а) б)

! ! ! 1 ! ! 1

..........—4-----------------—..........................и *—..................................1----------------.....1

40 50 6С 70 80 901 V км/ч 50 Й 70 30 К V КМ/Ч

1 - пружинное центральное рессорное подвешивание 2 - пневматическое центральное рессорное подвешивание Рисунок 4 - Графики зависимостей от скорости движении коэффициента плавности хода над первой (а) и второй (б) шкворневой точками кузова

90 V км/ч

40 50 60 70 80 90 V КМ/Ч

1 - пружинное центральное рессорное подвешивание

2 - пневматическое центральное рессорное подвешивание Рисунок 5 - Графики зависимостей от скорости движения максимального ускорения над первой (а) и второй (б) шкворневой точками кузова

а) Кдц1,2

0.14 0.12

V км/ч

б)

КдцЗ,4

Укм/ч

1 - пружинное центральное рессорное подвешивание 2 - пневматическое центральное рессорное подвешивание Рисунок 6 - Графики зависимостей от скорости движения коэффициентов динамики в центральной ступени подвешивания на первой (а) и второй (б) тележках

а) б)

1 - пружинное центральное рессорное подвешивание

2 - пневматическое центральное рессорное подвешивание Рисунок 7 - Графики зависимостей от скорости движения коэффициентов

динамики в буксовой ступени подвешивания первой колёсной пары (а) и второй колёсной пары (б) первой тележки

б)

К дб5,6

Кдб7,8

; ........

2 1

У

V км/ч

< -------------

/ уг

Л

' ! 1

1" 1....."" ; ! .......

г ---1--------;.....—

Уки/ч

1 - пружинное центральное рессорное подвешивание. 2 - пневматическое центральное рессорное подвешивание. Рисунок 8 - Графики зависимостей от скорости движения коэффициентов динамики в буксовой ступени подвешивания первой колёсной пары (а) и второй колёсной пары (б) второй тележки.

Из приведённых рисунков видно, что особенно этот максимум проявился в диапазоне скоростей у= 60-70 км/ч на зависимостях С1,2(у), (у) и КдцЗ,4(у) как для пружинного, так и для пневматического центрального рессорного подвешивания. Спектральные плотности процессов, определяющих рассматриваемые в работе показатели динамических качеств (Рц1-4 и Б61 -8) в качестве примера приведены для скоростей 40,60 и 90 км/ч в Приложении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. При исследовании вертикальных колебаний реальный вагон метрополитена на двух двухосных тележках, в центральной ступени рессорного подвешивания которых использованы пружины и параллельно установленные им гидравлические гасители колебаний, предложено заменить математической моделью из 17 дифференциальных уравнений.

2. При исследовании вертикальных колебаний реальный вагон метрополитена на двух двухосных тележках, в центральной ступени рессорного подвешивания которых использованы пневморессоры, предложено заменить математической моделью из 21дифференциального уравнения.

3. Для исследования вертикальных колебаний динамической модели вагона метрополитена в центральной ступени рессорного подвешивания можно применять модель пневморессоры с одним дополнительным резервуаром.

4. Выполненная проверка правильности составления дифференциальных уравнений колебаний исследуемой динамической модели и их алгоритмизации по свободным колебаниям системы позволила исключить возможные ошибки и показать, что система уравнений имеет все предусмотренные связи и в ней нет не предусмотренных.

5. Принятая методика получения вертикальных неровностей рельсового пути тоннеля метрополитена и выбранный метод исследования вертикальных колебаний модели вагона метрополитена можно использовать в дальнейшем при исследовании вынужденных случайных вертикальных колебаний моделей новых экипажей.

6. Результаты выполненных в работе исследований вертикальных колебаний динамической модели вагона метрополитена показали, что значения ПДК модели, как с пружинным, так и с пневматическим рессорным подвешиванием не превышают своих допустимых значений в диапазоне скоростей движения 1*=40-100 км/ч.

7. Исследование вынужденных вертикальных случайных колебаний динамической модели вагона метрополитена показало, что применение пневматического рессорного подвешивания в центральной ступени имеет значительные преимущества по сравнению с центральным пружинным рессорным подвешиванием.

8. По результатам выполненных исследований можно рекомендовать при проектировании вагона метрополитена принять следующие параметры пневморессоры: Д=0,54м; К,=0,028 м3; У2=0,1 м3; л=1,4; </лр=0,012 м; /др=0,072 м.

9. В целом результаты выполненной работы позволяет рекомендовать использовать на проектируемом метрополитене в городе Янгон Республики Мьянма вагоны с пневматическим центральным рессорным подвешиванием.

Основные научные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в работах

Публикации в изданиях и журналах, рекомендованных ВАК

1. Сердобинцев, Е.В. Вертикальные колебания метровагона с пневмо-под-вешиванием [Текст] / Е.В. Сердобинцев, Йе Вин Хан // Мир транспорта. -2013.-№ 2. -С. 78-84.

2. Сердобинцев, Е.В. Выбор параметров модели вагона метрополитена с пневмоподвешиванием [Текст] / Е.В. Сердобинцев, П.Н. Званцев, Йе Вин Хан // Мир транспорта. - 2014. - № 1. - С. 34-41.

Публикации в других научных изданиях

1. Йе Вин Хан. Повышение безопасности движения подвижного состава с пневмоподвешиванием на окружной железной дороги города Янгон [Текст] / Йе Вин Хан // Безопасность движения поездов: труды тринадцатой научно-практич. конф.; МИИТ, ОАО «Российские железные дороги», Министерство транспорта Российской Федерации и др. - М.: МГУПС (МИИТ), 2012. - С. XVI-194.

2. Йе Вин Хан. Исследования на упрощенной модели вагона метрополитена с с пневмоподвешиванием для Г.Янгон республики Мьянма [Текст] / Йе Вин Хан // Безопасность движения поездов: труды тринадцатой научно-прак-тич. конф.; МИИТ, ОАО «Российские железные дороги», Министерство транспорта Российской Федерации и др. - М.: МГУПС (МИИТ), 2013. - С. УП-71.

Йе Вин Хан

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПНЕВМОРЕССОРЫ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ Д ЛЯ ВАГОНА МЕТРОПОЛИТЕНА ГОРОДА ЯНГОН РЕСПУБЛИКИ МЬЯНМА

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать - Заказ Формат 60x84/16 Тираж 80 экз.

Усл. Печ.л. - 1,5

127994, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, УПЦ ГИ МИИТ.