Оценка динамических показателей шестиосного локомотива
Loading...
Files
Date
2015
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
RU: Цель. Работа посвящена оценке динамических качеств локомотива перспективной конструкции и определению возможности его использования на железных дорогах Украины. Методика. Для достижения поставленной цели использованы методы математического и компьютерного моделирования динамики железнодорожных транспортных средств, а также методы численного интегрирования систем обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений. Результаты. Для решения поставленной задачи построена расчетная схема локомотива на трехосных тележках, которая представляет собой систему твердых тел, соединенных элементами различной реологии. С использованием этой расчетной схемы разработана математическая модель пространственного движения локомотива, позволяющая исследовать его пространственные колебания при движении по прямолинейным и криволинейным участкам пути со случайными неровностями в плане и профиле. При составлении математической модели принимались во внимание как геометрические (нелинейность профиля поверхности катания колеса), так и физические нелинейности системы (работа сил сухого трения, нелинейность характеристик сил взаимодействия колес и рельсов). С помощью компьютерного моделирования проведены многовариантные расчеты, позволившие оценить динамические качества локомотива при его движении по прямолинейным и криволинейным участкам пути. При этом определялись показатели плавности хода локомотива в горизонтальной и вертикальной плоскостях, рамные силы, коэффициенты вертикальной динамики в первой и второй ступенях подвешивания, коэффициенты запаса устойчивости против схода колеса с рельса. Кроме того, проведено сравнение полученных результатов с аналогичными характеристиками широко используемого на железных дорогах Украины шестиосного тепловоза ТЭ116. Определено влияние скорости движения и технического состояния пути на безопасность движения локомотива. Научная новизна. Разработана математическая модель пространственного движения шестиосного локомотива перспективной конструкции, учитывающая особенности его конструкции, и сделана оценка динамических характеристик при движении экипажа по пути произвольного очертания.
Практическая значимость. Разработанная математическая модель движения шестиосного локомотива может быть использована при проведении научных исследований по созданию перспективных конструкций локомотивов.
UK: Мета. Робота присвячена оцінці динамічних властивостей локомотива перспективної конструкції та визначенню можливості його використання на залізничних коліях України. Методика. Для досягнення поставленої мети використані методи математичного та комп’ютерного моделювання динаміки залізничних транспортних засобів, а також методи числового інтегрування систем звичайних нелінійних рівнянь. Результати. Для розв’язання поставленої задачі побудована розрахункова схема локомотива на тривісних візках, яка представляє собою систему твердих тіл, з’єднаних элементами різної реології. З використанням цієї розрахункової схеми розроблено математичну модель просторового руху локомотива, яка дозволяє проводити дослідження його просторових коливань при русі по прямолінійним та криволінійним ділянкам колії із випадковими нерівностями в плані та профілі. При складанні математичної моделі приймались до уваги як геометричні (нелінійність профілю кочення колеса), так і фізичні нелінійності системи (робота сил сухого тертя, нелінійність характеристик взаємодії коліс та рейок). За допомогою комп’ютерного моделювання проведено багатоваріантні розрахунки з метою оцінки динамічних властивостей локомотива при його русі по прямолінійним та криволінійним ділянкам колії. При цьому визначались показники плавності ходу локомотива в горизонтальній та вертикальній площинах, рамні сили, коефіцієнти вертикальної динаміки в першій та другій ступенях підвішування, коефіцієнти запасу стійкості проти сходу коліс із рейок. Крім того, проведено порівняння отриманих результатів із аналогічними характеристиками широко використовуваного на залізницях України шестивісного тепловоза ТЭ116. Визначено вплив швидкості руху та технічного стану залізничної колії на безпеку руху локомотива. Наукова новизна. Розроблена математична модель просторового руху шестивісного локомотива перспективної конструкції, що враховує особливості його конструкції, та наведена оцінка динамічних характеристик при русі екіпажа по колії довільного обрису. Практична значимість. Розроблена математична модель руху шестивісного локомотива може бути використана при проведені наукових досліджень по створенню перспективных конструкцій локомотивів.
EN: Purpose. The paper is devoted to dynamic characteristics evaluation of the locomotive with prospective design and determination the feasibility of its use on the Ukrainian railways. Methodology. The methods of mathematical and computer modeling of the dynamics of railway vehicles, as well as methods for the numerical integration of systems of ordinary nonlinear differential equations were used to solve the problem. Findings. The calculated diagram of a locomotive on three-axle bogies was built to solve the problem, and it is a system of rigid bodies connected by various elements of rheology. The mathematical model of the locomotive movement, allowing studying its spatial vibrations at driving on straight and curved sections of the track with random irregularities in plan and profile was developed with use of this calculated diagram. At compiling the mathematical model took into account both geometric (nonlinearity profile of the wheel roll surface) and physical nonlinearity of the system (the work forces of dry friction, nonlinearity characteristics of interaction forces between wheels and rails). The multivariate calculations, which allowed assessing the dynamic qualities of the locomotive at its movement along straight and curved sections of the track, were realized with the use of computer modeling. The smoothness movement indicators of the locomotive in horizontal and vertical planes, frame strength, coefficients of vertical dynamics in the first and second stages of the suspension, the load factor of resistance against the derailment of the wheel from the rail were determined at the period of research. In addition, a comparison of the obtained results with similar characteristics is widely used on the Ukrainian railways in six-axle locomotive TE 116. The influence of speed and technical state of the track on the locomotive traffic safety was determined. Originality. A mathematical model of the spatial movement of a six-axle locomotive with prospective design, taking into account the peculiarities of its design was developed. Evaluation of dynamic characteristics at the carriage movement along a track of arbitrary shape was made. Practical value. The developed mathematical model of the six-axle locomotive movement can be used at conducting research on development of advanced locomotives designs.
UK: Мета. Робота присвячена оцінці динамічних властивостей локомотива перспективної конструкції та визначенню можливості його використання на залізничних коліях України. Методика. Для досягнення поставленої мети використані методи математичного та комп’ютерного моделювання динаміки залізничних транспортних засобів, а також методи числового інтегрування систем звичайних нелінійних рівнянь. Результати. Для розв’язання поставленої задачі побудована розрахункова схема локомотива на тривісних візках, яка представляє собою систему твердих тіл, з’єднаних элементами різної реології. З використанням цієї розрахункової схеми розроблено математичну модель просторового руху локомотива, яка дозволяє проводити дослідження його просторових коливань при русі по прямолінійним та криволінійним ділянкам колії із випадковими нерівностями в плані та профілі. При складанні математичної моделі приймались до уваги як геометричні (нелінійність профілю кочення колеса), так і фізичні нелінійності системи (робота сил сухого тертя, нелінійність характеристик взаємодії коліс та рейок). За допомогою комп’ютерного моделювання проведено багатоваріантні розрахунки з метою оцінки динамічних властивостей локомотива при його русі по прямолінійним та криволінійним ділянкам колії. При цьому визначались показники плавності ходу локомотива в горизонтальній та вертикальній площинах, рамні сили, коефіцієнти вертикальної динаміки в першій та другій ступенях підвішування, коефіцієнти запасу стійкості проти сходу коліс із рейок. Крім того, проведено порівняння отриманих результатів із аналогічними характеристиками широко використовуваного на залізницях України шестивісного тепловоза ТЭ116. Визначено вплив швидкості руху та технічного стану залізничної колії на безпеку руху локомотива. Наукова новизна. Розроблена математична модель просторового руху шестивісного локомотива перспективної конструкції, що враховує особливості його конструкції, та наведена оцінка динамічних характеристик при русі екіпажа по колії довільного обрису. Практична значимість. Розроблена математична модель руху шестивісного локомотива може бути використана при проведені наукових досліджень по створенню перспективных конструкцій локомотивів.
EN: Purpose. The paper is devoted to dynamic characteristics evaluation of the locomotive with prospective design and determination the feasibility of its use on the Ukrainian railways. Methodology. The methods of mathematical and computer modeling of the dynamics of railway vehicles, as well as methods for the numerical integration of systems of ordinary nonlinear differential equations were used to solve the problem. Findings. The calculated diagram of a locomotive on three-axle bogies was built to solve the problem, and it is a system of rigid bodies connected by various elements of rheology. The mathematical model of the locomotive movement, allowing studying its spatial vibrations at driving on straight and curved sections of the track with random irregularities in plan and profile was developed with use of this calculated diagram. At compiling the mathematical model took into account both geometric (nonlinearity profile of the wheel roll surface) and physical nonlinearity of the system (the work forces of dry friction, nonlinearity characteristics of interaction forces between wheels and rails). The multivariate calculations, which allowed assessing the dynamic qualities of the locomotive at its movement along straight and curved sections of the track, were realized with the use of computer modeling. The smoothness movement indicators of the locomotive in horizontal and vertical planes, frame strength, coefficients of vertical dynamics in the first and second stages of the suspension, the load factor of resistance against the derailment of the wheel from the rail were determined at the period of research. In addition, a comparison of the obtained results with similar characteristics is widely used on the Ukrainian railways in six-axle locomotive TE 116. The influence of speed and technical state of the track on the locomotive traffic safety was determined. Originality. A mathematical model of the spatial movement of a six-axle locomotive with prospective design, taking into account the peculiarities of its design was developed. Evaluation of dynamic characteristics at the carriage movement along a track of arbitrary shape was made. Practical value. The developed mathematical model of the six-axle locomotive movement can be used at conducting research on development of advanced locomotives designs.
Description
С. Мямлин: ORCID 0000-0002-7383-9304; Н. Науменко :ORCID 0000-0002-6913-2568; О. Маркова: ORCID 0000-0002-9390-4046; Е. Ковтун: ORCID 0000-0002-2961-3682; В. Малый: ORCID 0000-0002-6501-1398
Keywords
подвижной состав, локомотив, математическая модель, динамические показатели, рухомий склад, математична модель, динамічні показники, динамічні показники, rolling stock, locomotive, mathematical model, dynamic indicators, КВВГ
Citation
Мямлин С. В., Науменко Н. Е., Маркова О. М., Ковтун Е. Н., Малый В. В. Оценка динамических показателей шестиосного локомотива. Наука та прогрес транспорту. 2015. № 3 (57). С. 186–198. doi: 10.15802/stp2015/46078.