Вплив віброакустичних параметрів рухомого складу на вибір раціональних значень ходової частини локомотива
Loading...
Date
2016
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
UK: Мета. Успіх перевезень на залізницях України залежить від кількості та експлуатаційного парку електровозів. Сьогодні в локомотивних депо експлуатують фізично та морально застарілі електровози, котрі мають низьку надійність. Модернізація цих електровозів економічно не виправдана. Метою дослідження є підвищення безпеки тягового рухомого складу шляхом частотного аналізу динамічних систем, який дозволяє проводити розрахунок власних (резонансних) частот конструкції та відповідних форм коливань. Методика. Дослідження проводилося методами аналітичної механіки та математичного моделювання експлуатаційних навантажень вантажного локомотиву при русі з різними швидкостями по прямих і кривих ділянках шляху. Теоретичну цінність роботи складає розроблена методика вибору конструктивної схеми i раціональних параметрiв перспективного електровозу з урахуванням інерційних коефіцієнтів та коефіцієнтів жорсткості рівнянь Лагранжу ІІ роду. Результати. Вирішені задачі теоретичних досліджень і розробки математичної моделі просторових коливань електровоза. Наведені теоретичні дослідження впливу інерційних коефіцієнтів та коефіцієнтів жорсткості на динамічні показники та значення параметрів
ходових частин електровозу. Наукова новизна. Сукупність розроблених положень й отриманих результатів є практичним рішенням вибору раціональних параметрів візків вантажного магістрального електровозу для залізниць України. Сформульована концепція вибору конструктивної схеми й раціональних параметрів перспективного локомотиву. Розроблена методика розрахунку просторових коливань електровозу для визначення його динамічних показників. Впроваджено програмний комплекс обробки даних експериментальних досліджень динамічних показників електровозу та порівняння результатів теоретичних розрахунків із даними натурних випробувань. Практична значимість. Проведене теоретичне дослідження дозволило об’єктивно оцінити вплив парціальних частот елементів електровоза як на раціональні значення параметрів його екіпажної частини, так і на працездатність та фізіологічний стан локомотивної бригади. Таким чином, практична цінність всього комплексу теоретичного дослідження полягає в розроблені алгоритму й програми, виборі раціональних параметрів та розрахункової схеми ходової частин електровозу. Використання програмного комплексу для дослідження просторових коливань електровозу дозволило
з достатньою (для практичних задач) точністю оцінити динамічні показники екіпажної частини електровозу.
RU: Цель. Успех перевозок на железных дорогах Украины зависит от количества и эксплуатационного парка электровозов. Сегодня в локомотивных депо эксплуатируют физически и морально устаревшие электровозы, которые имеют низкую надежность. Модернизация этих электровозов экономически не оправдана. Целью исследования является повышение безопасности тягового подвижного состава путем частотного анализа динамических систем, который позволяет проводить расчет собственных (резонансных) частот конструкции и соответствующих форм колебаний. Методика. Исследование проводилось методами аналитической механики и математического моделирования эксплуатационных нагрузок грузового локомотива при движении с различными скоростями по прямым и кривым участкам пути. Теоретическую ценность работы составляет разработанная методика выбора конструктивной схемы и рациональных параметров перспективного электровоза с учетом инерционных коэффициентов и коэффициентов жесткости уравнений Лагранжа ІІ рода. Результаты. Решены задачи теоретических исследований и разработки математической модели пространственных колебаний электровоза. Приведены теоретические исследования влияния инерционных коэффициентов и коэффициентов жесткости на динамические показатели и значения параметров ходовых частей электровоза. Научная новизна. Совокупность разработанных положений и полученных результатов является практичным решением выбора рациональных параметров тележек грузового магистрального электровоза для железных дорог Украины. Сформулирована концепция выбора конструктивной схемы и рациональных параметров перспективного локомотива. Разработана методика расчета пространственных колебаний электровоза для определения его динамических показателей. Внедрен программный комплекс обработки данных экспериментальных исследований динамических показателей электровоза и сравнение результатов теоретических расчетов с данными натурных испытаний. Практическая значимость. Проведенное теоретическое исследование позволило объективно оценить влияние парциальных частот элементов электровоза как на рациональные значения параметров его экипажной части, так и на работоспособность и физиологическое состояние локомотивной бригады. Таким образом, практическая ценность всего комплекса теоретического исследования заключается в разработке алгоритма и программы, выборе рациональных параметров и расчетной схемы ходовой части электровоза. Использование программного комплекса для исследования пространственных колебаний электровоза позволило с достаточной (для практических задач) точностью оценить динамические показатели экипажной части электровоза.
EN: Purpose. The success of the traffic on the railways of Ukraine depends on the number and the operational fleet of electric locomotives. Today, the locomotive depot exploit physically and morally outdated locomotives that have low reliability. Modernization of electric locomotives is not economically justified. The aim of this study is to improve the safety of the traction rolling stock by the frequency analysis of dynamical systems, which allows conducting the calculation of the natural (of resonant) frequencies of the design and related forms of vibrations. Methodology. The study was conducted by methods of analytical mechanics and mathematical modeling of operating loads of freight locomotive when driving at different speeds on the straight and curved track sections. The theoretical value of the work is the technique of choice of constructive schemes and rational parameters of perspective electric locomotive taking into account the electric inertia ratios and stiffness coefficients of Lagrange second-order equations. Findings. The problems of theoretical research and the development of a mathematical model of the spatial electric vibrations are solved. The theoretical studies of the effect of inertia ratios and stiffness coefficients on the dynamic values and the parameter values of electric locomotive undercarriages are presented. Originality. The set of developed regulations and obtained results is a practical solution to selecting rational parameters of bogies of the freight mainline locomotive for railways of Ukraine. A concept of choice of constructive scheme and rational parameters of perspective locomotive is formulated. It is developed the method of calculation of spatial electric locomotive oscillations to determine its dynamic performance. The software complex for processing the data of experimental studies of dynamic parameters of electric locomotive and comparing the results of the theoretical calculations with the data of full-scale tests is implemented. Practical value. The theoretical study allows objectively assessing the impact of the partial frequency of electric locomotive elements on both the rational parameters of its underframe, and the performance and physiological condition of the locomotive crew. Thus, the practical value of the whole complex of theoretical research was to develop an algorithm and program, choosing rational parameters and design scheme of electric locomotive running gear. Using a software package for the study of spatial fluctuations of electric locomotive made it possible to evaluate the dynamic performance of the electric locomotive underframe with sufficient accuracy for practical problems.
RU: Цель. Успех перевозок на железных дорогах Украины зависит от количества и эксплуатационного парка электровозов. Сегодня в локомотивных депо эксплуатируют физически и морально устаревшие электровозы, которые имеют низкую надежность. Модернизация этих электровозов экономически не оправдана. Целью исследования является повышение безопасности тягового подвижного состава путем частотного анализа динамических систем, который позволяет проводить расчет собственных (резонансных) частот конструкции и соответствующих форм колебаний. Методика. Исследование проводилось методами аналитической механики и математического моделирования эксплуатационных нагрузок грузового локомотива при движении с различными скоростями по прямым и кривым участкам пути. Теоретическую ценность работы составляет разработанная методика выбора конструктивной схемы и рациональных параметров перспективного электровоза с учетом инерционных коэффициентов и коэффициентов жесткости уравнений Лагранжа ІІ рода. Результаты. Решены задачи теоретических исследований и разработки математической модели пространственных колебаний электровоза. Приведены теоретические исследования влияния инерционных коэффициентов и коэффициентов жесткости на динамические показатели и значения параметров ходовых частей электровоза. Научная новизна. Совокупность разработанных положений и полученных результатов является практичным решением выбора рациональных параметров тележек грузового магистрального электровоза для железных дорог Украины. Сформулирована концепция выбора конструктивной схемы и рациональных параметров перспективного локомотива. Разработана методика расчета пространственных колебаний электровоза для определения его динамических показателей. Внедрен программный комплекс обработки данных экспериментальных исследований динамических показателей электровоза и сравнение результатов теоретических расчетов с данными натурных испытаний. Практическая значимость. Проведенное теоретическое исследование позволило объективно оценить влияние парциальных частот элементов электровоза как на рациональные значения параметров его экипажной части, так и на работоспособность и физиологическое состояние локомотивной бригады. Таким образом, практическая ценность всего комплекса теоретического исследования заключается в разработке алгоритма и программы, выборе рациональных параметров и расчетной схемы ходовой части электровоза. Использование программного комплекса для исследования пространственных колебаний электровоза позволило с достаточной (для практических задач) точностью оценить динамические показатели экипажной части электровоза.
EN: Purpose. The success of the traffic on the railways of Ukraine depends on the number and the operational fleet of electric locomotives. Today, the locomotive depot exploit physically and morally outdated locomotives that have low reliability. Modernization of electric locomotives is not economically justified. The aim of this study is to improve the safety of the traction rolling stock by the frequency analysis of dynamical systems, which allows conducting the calculation of the natural (of resonant) frequencies of the design and related forms of vibrations. Methodology. The study was conducted by methods of analytical mechanics and mathematical modeling of operating loads of freight locomotive when driving at different speeds on the straight and curved track sections. The theoretical value of the work is the technique of choice of constructive schemes and rational parameters of perspective electric locomotive taking into account the electric inertia ratios and stiffness coefficients of Lagrange second-order equations. Findings. The problems of theoretical research and the development of a mathematical model of the spatial electric vibrations are solved. The theoretical studies of the effect of inertia ratios and stiffness coefficients on the dynamic values and the parameter values of electric locomotive undercarriages are presented. Originality. The set of developed regulations and obtained results is a practical solution to selecting rational parameters of bogies of the freight mainline locomotive for railways of Ukraine. A concept of choice of constructive scheme and rational parameters of perspective locomotive is formulated. It is developed the method of calculation of spatial electric locomotive oscillations to determine its dynamic performance. The software complex for processing the data of experimental studies of dynamic parameters of electric locomotive and comparing the results of the theoretical calculations with the data of full-scale tests is implemented. Practical value. The theoretical study allows objectively assessing the impact of the partial frequency of electric locomotive elements on both the rational parameters of its underframe, and the performance and physiological condition of the locomotive crew. Thus, the practical value of the whole complex of theoretical research was to develop an algorithm and program, choosing rational parameters and design scheme of electric locomotive running gear. Using a software package for the study of spatial fluctuations of electric locomotive made it possible to evaluate the dynamic performance of the electric locomotive underframe with sufficient accuracy for practical problems.
Description
Ю. Зеленько: ORCID 0000-0001-5551-0305; Л. Недужа: ORCID 0000-0002-7038-3006; А. Швець: ORCID 0000-0002-8469-3902
Keywords
інерційні коефіцієнти, коефіцієнти жорсткості, рівняння Лагранжу ІІ роду, вантажний електровоз, динамічні показники, динамічне навантаження, просторові коливання, раціональні значення параметрів, инерционные коэффициенты, квазиупругие коэффициенты, уравнения Лагранжа ІІ рода, грузовой электровоз, динамические показатели, динамическая нагрузка, пространственные колебания, рациональные значения параметров, inertial coefficients, stiffness coefficients, the Lagrange equations of second-order, freight electric locomotive, dynamic performance, dynamic load, spatial fluctuations, rational parameters, КХІЕ, КБМ, СКТБ МСУБ
Citation
Зеленько Ю. В., Недужа Л. О., Швець А. О. Вплив віброакустичних параметрів рухомого складу на вибір раціональних значень ходової частини локомотива. Наука та прогрес транспорту. 2016. № 3 (63). С. 60–75. doi: 10.15802/stp2016/74717.