Удосконалення методу оцінки динамічної навантаженості швидкісного рухомого складу залізниць

Ключові слова: динамічна навантаженість, високошвидкісний рухомий склад, відцентрові, гіроскопічні, тангенційні, кориолісові інерційні сили, рівняння Ейлера?Лагранжа, інерціальна вимірювальна система, безпека руху.

АННОТАЦИЯ

Кравец В.В. Усовершенствование метода оценки динамической нагруженности скоростного подвижного состава железных дорог. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.07 ? Подвижной состав железных дорог и тяга поездов. Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта им. акад. В. Лазаряна. Днепропетровск, 2007.

Диссертация посвящена усовершенствованию оценки динамической нагруженности конструкции скоростного подвижного состава на основе инерциальных измерительных систем. Приводится базовая математическая модель пространственного движения элементов конструкции скоростного подвижного состава в форме нелинейных уравнений Эйлера?Лагранжа, где в качестве переменных приняты измеряемые инерциальной системой компоненты вектора линейной скорости полюса базового триэдра и вектора угловой скорости на связанные оси. Предлагается экспериментально-вычислительный метод расчета динамической нагруженности конструкции железнодорожного вагона. Метод позволяет выделить составляющие динамической нагруженности, обусловленные инерционными силами и моментами, количественно оценить их роль при движении с высокой скоростью по реальному пути. Разработан каскадный алгоритм расчета динамической нагруженности в точках контакта элементов конструкции скоростного экипажа при движении по пути с учетом его плана и профиля пути, локальных неровностей. Изложена методика построения годографа и определения кинематических параметров движения, выраженных в безразмерных переменных, по экспериментально найденной траектории рельсового пути с учетом локальных неровностей и заданному режиму поступательного движения скоростного вагона. Решена техническая задача о количественной оценке взаимодействия колесной пары и рельса с учетом гироскопических, кориолисовых, центробежных, тангенциальных инерционных сил и моментов при прохождении локальных неровностей рельсового пути. Разработана методика определения "полосы безопасности" при пространственном смещении колесной пары с возможностью воздействия на системы управления движением поезда.

Ключевые слова: динамическая нагруженность, высокоскоростной подвижной состав, центробежные, гироскопические, тангенциальные, кориолисовы инерционные силы, уравнения Эйлера?Лагранжа, инерциальная измерительная система, безопасность движения.

SUMMARY

Kravets' V. V. Improvement of method of an estimation of dynamic loading of the high-speed railway rolling stock. The manuscript.

The dissertation on competition for an academic degree of candidate of technical sciences on speciality 05.22.07 - Railway rolling stock and train traction. Dniepropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan. Dnipropetrovs'k, 2007.

The dissertation is devoted to improvement of an estimation of dynamic loading of a structure of the high-speed rolling stock on the basis of inertial measuring systems. It is substantiated the expediency of statement of inverse problems of dynamic designing the high-speed railway vehicles reducible to an estimation of dynamic loading of structure elements with the given traffic regime along a known trajectory in the form of a rail track characterized by the plan and profile curvatures as well as local irregularities taking into account the assumption that kinematics parameters of movement are being measured by sensitive elements of an inertial measuring system. The basic mathematical model of spatial movement of structural elements of the high-speed rolling stock in the form of nonlinear Euler-Lagrange equations is suggested, where the connected-axe components of a linear speed vector of a basic trihedron pole and an angular speed vector measured by an inertial system are accepted as variables. The block dynamic models of railway vehicles are developed satisfying the block-module concept of programming, where asymmetric solids (a body, a bolster, a bogie, a wheel pair) assembled according to the layout scheme are used as finite elements. The block-matrix mathematical models of nonlinear dynamics in a space of the high-speed railway vehicle are developed. These models are composed of block-type quaternion matrices with respect to quasispeeds and Rodrigues-Hamilton parameters having the symmetry, compactness, generality and adapted to computing experiment on modern personal computers. The review and analysis of theoretical base, principles of construction, basic schemes and designs of functional elements of existing inertial measuring systems from the standpoint of opportunity to apply and adapt them to solution of problems of dynamic loading, safety and comfortable conditions of movement of railway vehicles on high-speed railways have been performed. It has been suggested the experiment-computing method of calculation of internal dynamic loading of a structure of the railway wagon operated on high-speed railways based upon using the information on quasispeeds and quasiaccelerations obtained by means of an inertial measuring system and the nonlinear equations of spatial movement in the form of Euler-Lagrange represented by quaternion matrices. The method allows separating the components of dynamic loading caused by centrifugal, gyroscopic, Coriolis and tangential inertial forces and moments, quantitative estimating their role during the movement with high speed on a real track. It has been developed the cascade algorithm of calculation of dynamic loading at contact points of structure elements of high-speed vehicle: a body a bolster a bogie a wheel pair a rail, with taking into consideration the centrifugal, gyroscopic, Coriolis, tangential inertial forces and moments based upon the use of experimental data about kinematics parameters of conditions of structure elements during the movement on a track taking into account the track plan and profile as well as local irregularities. It has been presented the technique of building the hodograph and determining the kinematics parameters of motion expressed in dimensionless variables with the use of a trajectory of a rail track taking into account local irregularities (the trajectory has been determined experimentally by means of track measuring device) as well as the given regime of progress of the high-speed wagon. The technical problem on quantitative estimation of the wheel pair/rail interaction with the account of gyroscopic, Coriolis, centrifugal, tangential inertial forces and moments in passing the rail track local irregularities at high speeds of movement has been solved. The technique of determination of "a safety band" for spatial displacements of a wheel pair and its turns on the rolling, galloping, and hunting angles in the form of the combined projections to a horizontal plane for working surfaces of a wheel and a rail in a contact point with the opportunity of influence on control systems of train motion has been developed. The critical regimes of movement have been considered. The results of the research performed are directed to improving the safety and comfort of movement of the high-speed rolling stock; they contribute to making the reasonable decisions during their design and operation.

Keywords: dynamic loading; high-speed rolling stock; centrifugal, gyroscopic, tangential, Coriolis inertial forces; Euler-Lagrange equations; inertial measuring system; high-speed traffic safety.

Размещено на Allbest.ru