Світовий досвід створення математичних моделей пневматичної ресори: переваги та недоліки
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
UK: Мета. Враховуючи потреби виробництва та впровадження в експлуатацію сучасного швидкісного рухомого складу з удосконаленою системою амортизації, автори передбачають провести аналіз створених на цей час математичних моделей динамічної поведінки пневматичної ресори, систематизувати їх та з’ясувати переваги й недоліки кожного з типів моделей. Методика. Для проведення аналізу використано порівняльно-хронологічний метод, який дає можливість простежити розвиток наявних концепцій і теорій. Залежно від типу розв’язувальних рівнянь наявні моделі пневматичних ресор було поділено на три групи: механічні, термодинамічні та скінченноелементні. Під час аналізу оцінено можливість врахування в моделі конструктивних особливостей ресори, теплопередачі, нелінійності характеристик матеріалів, форми мембрани, частоти збурювальної сили та ін. Результати. Показано, що особливістю механічних моделей є визначення вхідних параметрів на основі аналізу експериментальних результатів, яке вимагає доступу до складного вимірювального обладнання та яке потрібно виконувати для кожної нової моделі пневматичної ресори окремо. На відміну від механічних моделей, які дозволяють ураховувати демпфувальний ефект пневморесори в горизонтальному та вертикальному напрямку, термодинамічні моделі переважно орієнтовані на дослідження динамічної поведінки пневматичної ресори у вертикальному напряку. Використання методу скінченних елементів дозволяє найбільш точно відтворити динамічну поведінку пневматичної ресори, проте вимагає значних затрат сил та часу на створення скінченноелементної моделі й виконання розрахунків. Наукова новизна. Систематизовано математичні моделі динамічної поведінки пневматичної ресори та підкреслено важливість їх використання під час досліджень руху швидкісного залізничного рухомого складу. Практична значимість. Проведений аналіз математичних моделей динамічної поведінки пневматичної ресори показує шляхи подальшого їх удосконалення, вказує на можливість їх використання в просторовій математичній моделі рухомого складу відповідно до поставлених задач. Це дозволить ще на етапі проектування швидкісного рухомого складу оцінювати його динамічні показники та показники безпеки руху під час взаємодії з рейковою колією.
EN: Purpose. Taking into account the production and commissioning of modern high-speed rolling stock, the authors are aimed to analyze the currently created mathematical models describing the dynamic behavior of the air spring, systematize them and consider the advantages and disadvantages of each model type. Methodology. For the analysis, a comparative chronological method was used, which makes it possible to trace the development of several points of view, concepts, theories. In accordance with the adopted decision equations, the existing models of air springs were divided into three groups: mechanical, thermodynamic and finite-elements. When analyzing mathematical models, the influence of a number of parameters on the dynamic behavior of the air spring, such as disturbing force frequency, heat transfer, nonlinear characteristics of materials, the shape of the membrane, etc., was considered. Findings. A feature of mechanical models is the determination of input parameters based on the analysis of experimental results, requires access to complex measuring equipment and must be performed for each new model of an air spring separately. Unlike mechanical models, which allow taking into account the damping effect of an air spring in the horizontal and vertical direction, thermodynamic models are mainly focused on studying the dynamic behavior of an air spring in the vertical direction. The use of the finite element method makes it possible to most accurately reproduce the dynamic behavior of an air spring, however, it requires significant expenditures of time and effort to create a finite element model and perform calculations. Originality. Mathematical models of the dynamic behavior of an air spring are systematized, and the importance of their study in conjunction with a spatial mathematical model of high-speed rolling stock is emphasized. Practical value. The analysis of the mathematical models of the dynamic behavior of the air spring shows the ways of their further improvement, indicates the possibility of their use in the spatial mathematical model of the rolling stock in accordance with the tasks set. It will allow, even at the design stage of high-speed rolling stock, to evaluate its dynamic characteristic and traffic safety indicators when interacting with a railway track.
EN: Purpose. Taking into account the production and commissioning of modern high-speed rolling stock, the authors are aimed to analyze the currently created mathematical models describing the dynamic behavior of the air spring, systematize them and consider the advantages and disadvantages of each model type. Methodology. For the analysis, a comparative chronological method was used, which makes it possible to trace the development of several points of view, concepts, theories. In accordance with the adopted decision equations, the existing models of air springs were divided into three groups: mechanical, thermodynamic and finite-elements. When analyzing mathematical models, the influence of a number of parameters on the dynamic behavior of the air spring, such as disturbing force frequency, heat transfer, nonlinear characteristics of materials, the shape of the membrane, etc., was considered. Findings. A feature of mechanical models is the determination of input parameters based on the analysis of experimental results, requires access to complex measuring equipment and must be performed for each new model of an air spring separately. Unlike mechanical models, which allow taking into account the damping effect of an air spring in the horizontal and vertical direction, thermodynamic models are mainly focused on studying the dynamic behavior of an air spring in the vertical direction. The use of the finite element method makes it possible to most accurately reproduce the dynamic behavior of an air spring, however, it requires significant expenditures of time and effort to create a finite element model and perform calculations. Originality. Mathematical models of the dynamic behavior of an air spring are systematized, and the importance of their study in conjunction with a spatial mathematical model of high-speed rolling stock is emphasized. Practical value. The analysis of the mathematical models of the dynamic behavior of the air spring shows the ways of their further improvement, indicates the possibility of their use in the spatial mathematical model of the rolling stock in accordance with the tasks set. It will allow, even at the design stage of high-speed rolling stock, to evaluate its dynamic characteristic and traffic safety indicators when interacting with a railway track.
Description
А. Кузишин: ORCID 0000-0002-3012-5395; С. Костриця: ORCID 0000-0002-7922-0975, Ю. Соболевська: ORCID 0000-0002-8087-2014; А. Батіг: ORCID 0000-0003-1205-6004
Keywords
пневматична ресора, рухомий склад, математична модель, жорсткість, демпфування, термодинаміка, тиск, температура, air spring, rolling stock, mathematical model, rigidity, damping, thermodynamics, pressure, temperature, КТБМ, КРС (ЛФ), КФД (ЛФ)
Citation
Кузишин А. Я., Костриця С. А., Соболевська Ю. Г., Батіг А. В. Світовий досвід створення математичних моделей пневматичної ресори: переваги та недоліки. Наука та прогрес транспорту. 2021. № 4 (94). С. 25–42. DOI: 10.15802/stp2021/245974.