Mathematical Мodeling of the Second Stage of Spring Suspension of High-Speed Rolling Stock
Loading...
Date
2023
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
American Institute of Physics, AIP Conference Proceedings
Abstract
ENG: The authors of the article used a thermodynamic model of an air spring with an additional reservoir to simulate the second stage of spring suspension of high-speed rolling stock. In this model, the pressure in the air spring was determined by the differential form of the ideal gas equation of state. Since the air spring is connected to an additional reservoir by means of a pipeline, the equation took into account the change in air mass due to its overflow. When determining the mass flow rate, the flow was considered turbulent, which provided for finding the appropriate Reynolds number and head losses, which consisted of three components: friction, compression and expansion losses. The law of conservation of energy was considered taking into account the heat transfer between the air spring and the environment, as well as the transfer of energy between the air spring and the auxiliary reservoir. Using a simplified mechanical model
of high-speed rolling stock, the dependence of the force with which the air springs acts on the elements of the rollingstock on its deformation was obtained, and energy dissipation when changing the parameters of the connecting element was investigated. Using of the selected thermodynamic model of the air spring in the spatial model of high-speed rollingstock will further allow assessing its dynamic performance when interacting with the railway track, traffic safety indicators and choosing the optimal parameters of the rolling stock and railway track at the design stage.
UKR: Автори статті використали термодинамічну модель пневматичної ресори з додатковим резервуаром для моделювання другого ступеня ресорного підвішування швидкісного рухомого складу. У цій моделі тиск у повітряній пружині визначався диференціальною формою рівняння стану ідеального газу. Оскільки пневморессора з’єднана з додатковим резервуаром за допомогою трубопроводу, рівняння враховувало зміну маси повітря внаслідок його переповнення. При визначенні масової витрати потік вважався турбулентним, що передбачало знаходження відповідного числа Рейнольдса та втрат напору, які складалися з трьох складових: втрат на тертя, стиснення та розширення. Закон збереження енергії розглядався з урахуванням теплообміну між пневматичною пружиною та навколишнім середовищем, а також передачі енергії між пневматичною пружиною та допоміжним резервуаром. З використанням спрощеної механічної моделі швидкісного рухомого складу отримано залежність сили, з якою пневматичні ресори діють на елементи рухомого складу, від його деформації та досліджено розсіювання енергії при зміні параметрів з’єднувального елемента. Використання обраної термодинамічної моделі пневматичної ресори у просторовій моделі швидкісного рухомого складу дозволить у подальшому оцінити його динамічні характеристики при взаємодії із залізничною колією, показники безпеки руху та вибрати оптимальні параметри рухомого складу та залізничної колії на етапі проектування.
UKR: Автори статті використали термодинамічну модель пневматичної ресори з додатковим резервуаром для моделювання другого ступеня ресорного підвішування швидкісного рухомого складу. У цій моделі тиск у повітряній пружині визначався диференціальною формою рівняння стану ідеального газу. Оскільки пневморессора з’єднана з додатковим резервуаром за допомогою трубопроводу, рівняння враховувало зміну маси повітря внаслідок його переповнення. При визначенні масової витрати потік вважався турбулентним, що передбачало знаходження відповідного числа Рейнольдса та втрат напору, які складалися з трьох складових: втрат на тертя, стиснення та розширення. Закон збереження енергії розглядався з урахуванням теплообміну між пневматичною пружиною та навколишнім середовищем, а також передачі енергії між пневматичною пружиною та допоміжним резервуаром. З використанням спрощеної механічної моделі швидкісного рухомого складу отримано залежність сили, з якою пневматичні ресори діють на елементи рухомого складу, від його деформації та досліджено розсіювання енергії при зміні параметрів з’єднувального елемента. Використання обраної термодинамічної моделі пневматичної ресори у просторовій моделі швидкісного рухомого складу дозволить у подальшому оцінити його динамічні характеристики при взаємодії із залізничною колією, показники безпеки руху та вибрати оптимальні параметри рухомого складу та залізничної колії на етапі проектування.
Description
A. Kuzyshyn: ORCID 0000-0002-3012-5395;
A. Batig: ORCID 0000-0003-1205-6004;
Yu. Sobolevska: ORCID 0000-0002-8087-2014S;
S. Kostritsa: ORCID 0000-0002-7922-0975;
V. Boiarko: ORCID 0000-0003-0730-8406
Keywords
high-speed rolling stock, pneumatic spring, thermodynamic model, dynamic characteristics, traffic safety indicators, швидкісний рухомий склад, динамічний процес, пневматична ресора, термодинамічна модель, динамічні характеристики, показники безпеки руху, КТМ
Citation
Kuzyshyn A., Sobolevska J., Kostritsa S., Batig A., Boiarko V. Mathematical Мodeling of the Second Stage of Spring Suspension of High-Speed Rolling Stock. AIP Conference Proceedings. 2023. Vol. 2684. DOI: 10.1063/5.0120402.