Комплексна оцінка впливу конструктивних особливостей екіпажної частини на тягово-динамічні якості рейкового транспортного засобу на стадії проектування

Размещено на http://www.allbest.ru/

Східноукраїнський державний університет

УДК 629.4:531.46

Вівденко Юрій Григорович

КОМПЛЕКСНА ОЦІНКА ВПЛИВУ КОНСТРУКТИВНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ ЕКІПАЖНОЇ ЧАСТИНИ НА ТЯГОВО-ДИНАМІЧНІ ЯКОСТІ РЕЙКОВОГО ТРАНСПОРТНОГО ЗАСОБУ НА СТАДІЇ ПРОЕКТУВАННЯ

05.22.07 - Рухомий склад залізниць та тяга поїздів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Луганськ 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі "Залізничний транспорт" Східноукраїнського державного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник Заслужений діяч науки та техніки України, доктор технічних наук, професор Голубенко Олександр Леонідович, Східноукраїнський державний університет, ректор.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Коротенко Михайло Леонідович, Дніпропетровський державний технічний університет залізничного транспорту Міністерства транспорту України, завідувач кафедрою "Електрорухомий склад";

кандидат технічних наук, Маслієв В'ячеслав Григорович, доцент кафедри "Локомотиви", Харьківський державний політехнічний університет.

Провідна установа - Харківська державна академія залізничного транспорту Міністерства транспорту України, кафедра експлуатації та ремонту рухомого складу, м. Харків.

Захист відбудеться "18" лютого 2000 p. o 10-00 год. на засіданні спеціалізованої Вченої ради Д29.051.03 при Східноукраїнському державному університеті за адресою: 91034, м, Луганськ, кв. Молодіжний, 20а.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Східноукраїнського державного університету, 91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20а.

Автореферат розісланий "15" січня 2000 року.

Вчений секретар спеціалізованої Вченої ради Осенін Ю. І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Розробка нових рейкових транспортних засобів вимагає розвитку методик, які на стадії проектування дозволяють проводити оцінку ефективності змін, що вносяться в їх конструкцію. Наявність подібних методик, які дозволяють достовірно оцінювати основні якості конструкції, зберігає чималі матеріальні кошти та зменшує витрати часу на їх виробництво. Розробці такій методики і присвячена дисертаційна робота.

Актуальність теми. Сучасні економічні умови розвитку нашої держави вимагають пошуку більш ефективних методів вирішення технічних задач. На цей час в світі існує величезна кількість конструкцій екіпажної частини рейкових транспортних засобів. Досить часто основним показником, за яким проводиться оцінка ефективності їх функціонування, стає наявність гарних показників взаємодії колеса з рейкою. Тоді як динамічні процеси та процеси реалізації сили тяги тісно взаємопов'язані. Однак, на цей час не існує визначеної методики, яка б дозволяла оцінювати тягово-динамічні якості в залежності від змін, що вносяться в конструкцію рейкових транспортних засобів.

Дисертаційна робота, присвячена комплексній оцінці тягових і динамічних якостей рухомого складу на стадії проектування з метою дослідження ефективності використання тих чи інших конструктивних рішень. Актуальність розв'язання такого роду задач на стадії проектування і теоретичного обґрунтування прийняття того чи іншого рішення безперечна, тому що дозволяє зберігати значні кошти та скорочувати час на експериментальну доводку виробів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в межах державної програми “Розвиток залізничного транспорту соціального призначення і для комунального господарства України”. Згідно з угодою №110 між кафедрою залізничний транспорт Східноукраїнського державного університету і державною холдінговою компанією (ДХК) “Луганськтепловоз” проведені науково-дослідницькі роботи за темами “Дослідження режимів спільної роботи механічного та електричного компонентів асинхронного приводу трамвайного вагона та розробка рекомендацій щодо його управління та регулювання” та “Дослідження тягових і гальмівних якостей трамвайного вагона”.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є удосконалення методів оцінки ефективності тих чи інших змін у конструкції екіпажу стосовно тягово-динамічних показників. Для реалізації сформульованої мети були поставлені та розв'язані такі завдання:

- визначення комплексних критеріїв оцінки динамічних та зчіпних якостей рейкових транспортних засобів;

- визначення конструктивних факторів, які суттєво впливають на тягові та динамічні показники при русі у режимах тяги, вибігу та гальмування;

- розробка методики визначення залежності зміни радіуса кола котіння колеса та сил гравітаційної жорсткості від поперечного переміщення колісної пари у рейковій колії для довільного сполучення коліс і рейок будь-якого зносу;

- розробка математичної моделі просторових коливань при русі рейкового транспортного засобу з урахуванням тягового (гальмівного) моменту та електродинамічних процесів у тяговому приводі, яка дозволяє аналізувати його тягово-динамічні властивості у взаємозв'язку з достовірним відображенням сил зчеплення коліс з рейками у процесі їх фрикційної взаємодії, а також урахуванням особливостей конструкції екіпажної частини;

- проведення перевірки адекватності математичної моделі руху рейкового транспортного засобу конструкції, що розглядається;

- проведення оцінки тягово-динамічних характеристик рейкового транспортного засобу на підставі розробленої математичної моделі;

- розробка рекомендацій щодо внесення змін у конструкцію екіпажної частини рейкового транспортного засобу з метою поліпшення його тягових та динамічних якостей;

- оформлення пакету прикладних програм, які дозволяють проводити оцінку тягово-динамічних якостей рейкового транспортного засобу в залежності від конструктивних змін.

Методи дослідження. У роботі використано: математичне моделювання процесу руху рейкового транспортного засобу; математичне моделювання процесу взаємодії електричної та механічної частини екіпажу; числові методи розв'язання диференційних рівнянь; числові методи розв'язання алгебраїчних рівнянь; методи теорії ймовірності при моделюванні збурювання з боку рейкового шляху та при обробці результатів розрахунків.

Достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій роботи підтверджена задовільною збіжністю результатів теоретичних та експериментальних досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів.

Розроблена комплексна методика та математична модель руху рейкового транспортного засобу для оцінки його тягово-динамічних якостей на стадії проектування, яка дозволяє проводити розрахунки впливу сили тяги залежно від фрикційного стану контакту колеса з рейкою та зносу бандажів на характер динамічних процесів при русі локомотива.

Розроблено математичну модель руху рейкового транспортного засобу з урахуванням спільної роботи електричної та механічної частин тягового приводу.

Перевірено адекватність розробленої математичної моделі руху рейкових екіпажів та сформовано критерії оцінки динамічних та зчіпних якостей рейкових транспортних засобів.

Визначені конструктивні фактори, що істотно впливають на тягові та динамічні показники при русі у режимі тяги, вибігу і гальмування та проведено оцінку тягово-динамічних характеристик рейкового транспортного засобу, що проектується, на основі розробленої математичної моделі.

Подано пропозиції конструктивних рішень щодо покращення використання коефіцієнта зчеплення під час зрушення з місця та руху рейкових екіпажів (патент №20365А, позитивне рішення на заявку № 95063073 та № 95083855), а також проведені розрахунки щодо оцінки їх ефективності, та розроблено рекомендації щодо внесень змін у конструкцію екіпажної частини проектних рейкових засобів, оформлено пакет прикладних програм, що дозволяє проводити оцінку тягово-динамічних якостей рейкового транспортного засобу в залежності від конструктивних змін.

Розроблено методику визначення залежності зміни радіуса кола котіння колеса та сил гравітаційної жорсткості від поперечного переміщення колісної пари у рейковій колії для довільного сполучення профілів коліс і рейок будь - якого зносу.

Практичне значення отриманих результатів. Проведені дослідження є частиною науково-дослідницьких робіт “Дослідження режимів спільної роботи механічного та електричного компонентів асинхронного приводу трамвайного вагона та розробка рекомендацій щодо його управління та регулювання” та “Дослідження тягових і гальмівних якостей трамвайного вагона”, проведених кафедрою “Залізничний транспорт” спільно з ДХК “Луганськтепловоз”.

Розроблені моделі руху екіпажа та фрикційної взаємодії колеса з рейкою і пакет прикладних програм для ЕОМ передані та використовуються ДХК “Луганськтепловоз” при проектуванні нових і модернізації існуючих конструкцій рейкових транспортних засобів.

Наукові результати дисертації використовуються в навчальному процесі Східноукраїнського державного університету при підготовці інженерів спеціальності 100501 (Рухомий склад та спеціальна техніка залізничного транспорту).

Особистий внесок здобувача. Дисертантом особисто розроблені: математична модель руху колісної пари нової конструкції у рейковій колії [5], математичні моделі руху рейкових транспортних засобів [2], методика визначення зміни радіуса кола котіння колеса та сил гравітаційної жорсткості [5, 9]. Виконано перевірку адекватності математичних моделей [1, 3, 6, 8,]. На основі цих моделей виконано розрахунки тягово-динамічних якостей рейкових транспортних засобів та зроблено аналіз одержаних результатів [1, 3, 4, 6]. Подано рекомендації щодо покращення використання коефіцієнта зчеплення при русі рейкових транспортних засобів [10-12]. З участю автора розроблені конструктивні рішення на які видано 1 патент України та 2 позитивних рішення на винахід [10-12].

Апробація результатів дисертації. Основні висновки дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на Міжнародних науково-технічних конференціях: “Проблеми розвитку локомотивобудування” (Крим, Алушта, 1993 та 1995 рр.), “Стан та перспективи розвитку локомотивобудування” (м. Новочеркаськ, 1994 р.), “Проблеми транспорту та шляхи їх вирішення” (м. Київ, 1994 р.), “Проблеми механіки залізничного транспорту” (м. Дніпропетровськ, 1996 р.) та на щорічних науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу та наукових робітників Східноукраїнського державного університету “Університет та регіон” (1995…1999 рр.).

Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 12 наукових праць, перелік яких подано наприкінці автореферату, з них 1 патент та 2 позитивних рішення на винахід.

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, висновків, переліку використаної літератури та 5 додатків. Дисертаційна робота містить 206 сторінок, з яких 24 таблиці на 15 сторінках, 65 рисунків на 59 сторінках, 5 додатків на 23 сторінках, 116 літературних джерел на 8 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність та новизну теми дослідження, дана загальна характеристика роботи.

У першому розділі аналізується стан питання, що досліджується, подано огляд літератури з обраної теми, сформульовані мета та завдання дослідження.

Для оцінки тягово-зчіпних і динамічних якостей рейкових транспортних засобів на стадіях проектування та модернізації необхідно вибрати критерії, які можна використати з цією метою. Вони різняться великою різноманітністю та мають тенденцію поповнюватися. Це пов'язано з великим обсягом і різнобічністю дослідницьких завдань.

Тягово-зчіпні якості транспортного засобу повинні характеризувати його здатність тягнути поїзд. З цієї точки зору найбільше підходить для їх оцінки середньоінтегральна на ділянці шляху сила тяги, яку здатний розвинути локомотив без зриву в боксування. Вона дорівнює сумі середніх поздовжніх сил зчеплення коліс залізничного транспортного засобу з рейками:

де Т₀ - час руху по ділянці шляху; F_ix - поздовжня складова сили зчеплення в контакті колеса з рейкою; N - кількість коліс транспортного засобу; dt - змінні величина часу.

Однак, при різних умовах зчеплення один і той же рейковий транспортний засіб може розвинути різну силу тяги. Тому у дисертаційній роботі, окрім середньоінтегральної сили тяги, застосовується коефіцієнт використання зчеплення, що враховує динамічні процеси при русі та характеризує схильність транспортного засобу до боксування або юзу:

де y - коефіцієнт зчеплення рейкового транспортного засобу, y₀ - коефіцієнт зчеплення осі, що першою починає боксувати.

Тут F_nx і P_n - сила зчеплення та вертикальне навантаження від n-го колесної пари на рейку, а F_ix і P_i - сила зчеплення та вертикальне навантаження від i-го колеса на рейку.

Окрім того, можливий випадок, коли два транспортних засоби реалізують однакову силу тяги, однаковий коефіцієнт використання зчеплення, але при цьому мають різні динамічні сили взаємодії екіпажа та шляху. Експериментально та теоретично доведено, що зі збільшенням динамічних сил взаємодії колеса залізничного транспортного засобу з рейкою умови зчеплення погіршуються. При реалізації однієї й тієї ж сили тяги збільшується величина ковзання, а разом з цим погіршуються умови реалізації сили тяги рейкового транспортного засобу. Ось чому потрібен критерій, що характеризує безпосередньо контакт колеса з рейкою.

Це можна зробити за допомогою відношення e /e_кр , яке характеризує запас стійкості реалізації сили тяги у контакті колеса з рейкою (e - величина відносного ковзання колеса по рейці; e_кр - критичне ковзання, що відповідає максимуму на характеристиці зчеплення). При e /e_кр = 1 запас стійкої сили тяги буде вичерпано і подальше збільшення тяги приведе до зриву у боксування.

Оцінка динамічних якостей екіпажа проводиться за:

- коефіцієнтами горизонтальної і вертикальної динаміки

, ,

де , - динамічні вертикальні та горизонтальні сили, що виникають в окремих комплектах ресорного підвішування; - статичне навантаження у тому ж комплекті ресорного підвішування.

максимальними прискореннями та переміщеннями кузова та інших елементів екіпажа.

показниками плавності ходи, що визначаються за величинами частот коливань і прискорень;

стійкості руху;

безпосередньо величинами горизонтальних і вертикальних сил, які діють на вузли та елементи конструкції рейкового транспортного засобу;

величинами спрямовуючих зусиль (найбільш використовуваний показник).

Важливим етапом оцінювання технічної системи, тобто рейкового транспортного засобу, є вибір критеріїв, що визначають властивості системи. Такий вибір повинен забезпечувати достатню повноту оцінки системи “рейковий екіпаж - шлях”. Проведений огляд літератури дозволив установити, що основними критеріями для рухомого складу залізниць є його тягово-динамічні якості. рейковий транспортний колесо

Узагальнену оцінку системи можна визначити як векторну суму, компонентами якої є оцінки властивостей. У табл. 1 подано різні способи одержання таких оцінок.

Проведено аналіз переваг використання асинхронного тягового привода. Дані вітчизняних та зарубіжних літературних джерел, у яких зроблено огляд доцільності використання різних передач свідчать про перевагу тягового привода з асинхронним електродвигуном (АТЕД) з точки зору використання зчеплення.

Таблиця 1.Види узагальненої оцінки технічної системи

Вид узагальненої оцінки	Формула	Геометричний зміст	Примітки
1	2	3	4
1. Абсолютне середнє арифметичне		Середнє значення	Простий розрахунок
2. Відносне середнє арифметичне		Середнє значення	Порівняння з ідеальним варіантом
3. Зважене значення абсо-лютного середнього арифметичного		Середнє значення	Ураховується важливість властивостей
4. Абсолютне значення від-носного середнього ариф-метичного		Середнє значення

Для забезпечення повного використання потужності рейковим транспортним засобом з автономною силовою установкою його тягова характеристика у відповідному діапазоні швидкостей руху повинна максимально наближатися до гіперболічної. Реалізація такої тягової характеристики можлива тільки при передачі потужності, яка найліпшим чином виконує пристосування характеристик дизеля до умов тяги завдяки безперервному автоматичному регулюванню передаткового числа. Для досягнення гіперболічної тягової характеристики в діапазоні швидкостей руху екіпажа в режимі постійної потужності достатньо при U=const магнітний потік змінювати за гіперболою , бо , для чого необхідно величину абсолютного ковзання (частоту струму в роторі) змінювати пропорційно частоті струму статора , а величину струму зберігати постійною (=const, бо ). Одержана таким чином тягова характеристика має незначні розбіжності з ідеальною гіперболічною кривою постійної потужності, а регулювання сили тяги за такою характеристикою дозволяє досягти мінімальних втрат в АТЕД плавно без будь-яких перемкнень.

Значний вплив на динамічні та тягові показники має конструкція екіпажної частини. Проведений огляд відомих у світі конструкцій екіпажної частини рейкових транспортних засобів, які проходили випробування, показав, що умовно можна відомі технічні рішення класифікувати на 4 групи, виходячи, по-перше, з конструктивних ознак та особливостей роботи колісних пар. Відповідно до цього підходу можна виділити:

екіпажі з традиційною колісною парою;

екіпажі з незалежно обертними колесами;

екіпажі з торсіоно-пружнім зв'язком коліс у колісних парах;

екіпажі на колісних парах з регульованим ковзанням коліс.

Аналіз відомих результатів теоретичних та експериментальних досліджень динаміки цих екіпажів дає можливість виділити основні достоїнства та недоліки, притаманні тій чи інший групі конструкцій. Найбільш простою є конструкція з повністю незалежними колесами.

Такий екіпаж буде мати ряд переваг перед екіпажем з традиційними колісними парами: а) зменшення впливу на рейковий шлях; б) зниження опору руху; в) підвищення стійкості руху.

З точки зору поліпшення зчеплення коліс з рейками поділення обертального руху коліс однієї колісної пари також має позитивне значення. Це дозволяє усунути чи значно зменшити поперечний складник сили зчеплення та збільшити за рахунок цього повздовжню, виконувану корисну тягову роботу.

Спираючись на огляд і аналіз результатів теоретичних та експериментальних досліджень тягових і динамічних властивостей рейкових транспортних засобів, які підтверджені роботами А.І. Бєляєва, І.В. Бірюкова, В.Ф. Веріго, С.В. Вершинського, О.Л. Голубенка, В.Д. Дановича, А.С. Євстратова, І.П. Исаєва, О.О. Камаєва, Д.Є. Карминського, А.Я. Когана, О.М. Коняєва, М.Л. Коротенка, С.М. Куценка, В.А. Лазаряна, А.А. Львова, В.Б. Меделя, Д.К. Мінова, А.П. Павленка, Т.А. Тибілова, А.М. Савоськина, В.Ф. Ушкалова, В.Д. Хусідова та інш., а також зарубіжних вчених Жоли, Калкера, Картера, Креттека, Мюллера, де Патера та інш., наприкінці розділу сформульовані мета та завдання дисертаційної роботи, що наведені вище.

У другому розділі оцінюється вплив найбільш суттєвих факторів на характер руху екіпажа у режимі тяги, обґрунтовується методика врахування профілів коліс і рейок, запропоновано нову конструкцію колісної пари, яка дозволяє зменшити бокові сили на шлях, ефективність роботи якої перевірена за результатами розрахунків розробленої математичної моделі руху колісної пари. Модель зчеплення колеса з рейкою, яка була закладена в математичну модель руху екіпажа, розроблена під керівництвом проф. Голубенка О. Л.

Для визначення сили зчеплення колеса локомотива з рейкою у дисертації запропонована математична модель фрикційної взаємодії, у якій послідовно розв'язується контактна задача та задача визначення сили зчеплення.

Залежності y(e) для різних швидкостей руху, фрикційного стану поверхонь контакту та вертикальних навантажень колеса на рейку, які одержані при розв'язанні цієї моделі зчеплення, добре узгоджуються з експериментальними даними.

У роботах, що присвячені моделюванню руху рейкових екіпажів, велика увага приділяється питанню врахування зміни радіуса кола котіння колеса R(y) і тангенса кута нахилу g tg(g(y)) - загальної дотичної до поверхонь колеса та рейки у центральній площі точці контакту від поперечного переміщення колісної пари відносно рейкової колії y. Універсальної методики визначення R(y) і tg(g(y)) - для профілів коліс та рейок довільного обрису немає. Тому автором запропоновано методику визначення цих залежностей, яка враховує реальні профілі поверхонь контакту, вертикальне навантаження, вертикальні нерівності рейок і будується на розв'язанні рівняння

(1)

де Н_л і Н_пр - відстань між відповідними точками колеса та рейки з лівого та правого боку вздовж вертикальної осі; q - кут бокового похитування колісної пари.

Для розв'язання рівняння (1) використовується та ж сама прямокутна сітка розміром MхN, що нанесена на загальну для колеса та рейки площі. Розв'язання рівняння виконується методом половинного ділення. В результаті знаходяться координати точок контакту колеса з рейкою, а за цими координатами - шукані залежності R(y) і tg(g(y)).

За запропонованою методикою визначення залежностей R(y) і tg(g(y)) у даній роботі виконано чисельний експеримент, за результатами якого отримано рівняння регресії для різних сполучень профілів коліс та рейок, що контактують.

Тут Dx- різниця вертикальних координат правої та лівої рейок.

Коефіцієнти рівнянь регресії для різних сполучень поверхонь тіл, що контактують, подано в табл. 2.

Тут а) нове колесо (ГОСТ 11018-77) - нова рейка Р65 (ГОСТ 8161-75), б) зношене колесо - нова рейка Р65, в) зношене колесо - зношена рейка, г) нове колесо з уніфікованим профілем (ГОСТ 11018-87) - нова рейка Р65, (у[мм], [м]).

У процесі виконання роботи запропоновано конструкцію колісної пари (розрахункова схема подана на рис.1), що дозволяє зменшувати боковий вплив на шлях. Для вивчення поведінки колісної пари запропонованої конструкції в рейковій колії в даному розділі була розроблена математична модель, розрахунки за якою показують, що при використанні колісної пари з підгумованим гребенем, величини бокових сил у прямих кривих і ділянках шляху значно зменшуються. Так, для прямих ділянок: у режимі тяги на 25-30%, у режимі вибігу на 15-20%. Для криволінійної ділянки шляху радіусом 350 м в режимі вибігу на 10-15%, у режимі тяги - 25%. При малих швидкостях руху, до 5-7 м/с, величини бокових сил для звичайної конструкції колісної пари та колісної пари з підгумованим гребенем однакові.

Таблиця 2. Коефіцієнти рівнянь регресії для визначення і

	а)	б)	в)	г)
АА1	0,052381243	0,0049896578 при у>0, 0 при у<0	0,19791 при у>0, 0 при <0	0,00151832
АА2	0,0	0,731396 при у>0, 0 при у<0	0,068 при у>0, 0 при у<0	0,00000048488 при у>0, 0 при у<0
А3	0,000481	0,00073	0,00057	0,000249
А4	0,0	0,0267	0,0168	0,0
В1	0,05	0,0	0,0	0,0
В2	0,0000064825	0,0	0,0	0,002333 при у>0, 0 при y<0
ВВ3	0,0	0,0043962 при у>0, 0,000006271 при у<0	0,0034141449 при у>0. -0,00001046848 при у<0	0,00002452787 при у>0, 0 при у<0

Третій розділ присвячений розробці та обґрунтуванню моделі руху рейкового транспортного засобу типу трамвая ЛТ-20 (розрахункову схему транспортного засобу показано на рис. 2), що дозволяє оцінити його тягово-зчіпні та динамічні якості і вплив на них найбільш суттєвих факторів, від яких вони залежать.

У більшості робіт, які присвячені проблемам стійкості та дослідженням динаміки руху локомотивів, припускається, що рейковий транспортний засіб рухається в режимі вибігу, а тяговий момент та електромеханічні процеси в тяговому приводі не впливають на його динаміку. При цьому математичні моделі руху залізничного транспортного засобу та вагона практично не відрізняються одна від одної. В той же час результати натурних випробувань показують, що момент від тягових електродвигунів суттєво впливає на стійкість і динаміку у горизонтальній площині.

З іншого боку, при моделюванні руху рейкового транспортного засобу часто припускається, що він рухається з постійною швидкістю і поздовжні коливання не впливають на характер його поведінки. В цьому випадку ми визначаємо, що V=wR=const. Тоді кутова швидкість обертання коліс, а внаслідок цього e_к, визначається тільки швидкістю поступального руху та кінематикою колісної пари.

У той же час для транспортного засобу e_к є ще й результатом дії сили тяги. Ось чому таке припущення виключає вплив сили тяги на e_к і w та може бути припустимим для вивчення стійкості руху нетягових рейкових екіпажів, але невиправдане при дослідженні руху тягового залізничного екіпажа. Оскільки при перехідних режимах руху поздовжні сили у потязі (на автозчепах) можуть значно (у кілька разів) перевищувати максимально розвинену силу тяги рейкового транспортного засобу, це стає ще більш очевидним. Звідси витікає важливість урахування цих процесів при дослідженні тягово-динамічних якостей рухомого складу. Тому при розробці математичної моделі руху трамвайного вагона типу ЛТ-20 до неї вводилося джерело тяги (тяговий привод), і враховувалися поздовжні коливання у трамваї.

Бралися такі переду-мови: розглядаються прос-торові коливання; усі тіла систем (кузов, боковини та поздовжні балки рами візків, АТЕД, колісні центри та бандажі) обираються абсо-лютно жорсткими; враховані нелінійності у шкворневих вузлах при відносі візків та опорах кузова на візок при вилянні екіпажа, зазор у рейковій колії; ураховується сила опору руху рейкового екіпажа; розрахунки вико-нуються при русі транс-портного засобу в режимах вибігу, тяги та гальмування; величина сили зчеплення визначається окремо для кожного колеса в залежності від швидкості руху рейкового екіпажа, швидкості ковзання контактуючих тіл, вертикального навантаження, фрикційного стану, профілів коліс і рейок, їх взаємного розташування; поздовжня швидкість екіпажа знаходиться в процесі інтегрування диференційних рівнянь руху та ніяких обмежень на її величину не накладається; шлях розглядається у вигляді дискретних інерційних балок, що лежать на пружно-дисипативній чи пружно-в'язкій основі та знаходяться під дією вертикальних і поперечних горизонтальних сил, які прикладені в точках контакту коліс і рейок. Дисипативність ураховується силами сухого тертя, в'язкість коефіцієнтом затухання, в'язкість коефіцієнтом затухання . Подана маса шляху обирається постійною; бандаж та рейка мають довільні обриси; ураховується тертя гребеня колеса о рейку при виборі зазору в рейковій колії; ураховуються лектродинамічні процеси при роботі тягового двигуна; ураховується жорсткість осі колісної пари на скручування; на кожному кроці розв'язання диференційних рівнянь визначалися сили зчеплення в контакті коліс з рейками за допомогою запропонованої моделі зчеплення.

З урахуванням накладених зв'язків система має 104 ступені вільності. її поведінка описується відповідною кількістю диференційних рівнянь другого порядку. Крім того, для визначення величини тягового моменту знаходяться сили струму в ланцюгах ТЕД, це ще 4 узагальнені координати.

Для створення моделі руху рейкового транспортного засобу використано рівняння Лаґранжа другого порядку. Система диференційних рівнянь передній частини кузова та візка подана у вигляді:

посмикування, боковий віднос, підстрибування кузова

виляння, бокове хитання, галопування кузова

посмикування візка

де - маса візка .

Боковий віднос візка

підстрибування візка

виляння візка

бокове хитання візка

де - маси кузова, візка, боковин, поперечних балок, колесних центрів; - довжина кузова вагону, боковини візка; - висота розташування шквореня над головкою рейки; ;- моменти інерції боковин, поперечних балок, колесних центрів, бандажів; - реакції у з'єднані секцій кузовів, шкворні, опорі кузова на візок; ,- реакція та момент в гумі; - сила зчеплення; - опір рухові; - прискорення вільного падіння. Збуджуюча дія з боку шляху задається функцією переміщення у вертикальній _z(x) та горизонтальній _y(x) площинах, _y(x) і _z(x) визначаються незалежно одна від одної. Розрахунки можуть проводитися як при детермінованому моделюванні збуджень, так і при ймовірнісному. Ймовірнісне збудження моделюється методом пропускання “білого шуму” через лінійний фільтр.

У конструкції транспортного засобу використовується асинхронний тяговий привод. У математичній моделі для найбільш ефективної роботи транспортного засобу використовується закон управління роботою АТЕД щодо регулювання обертального моменту на валу двигуна.

Таким чином, відмінними особливостями математичної моделі рейкового транспортного засобу є одночасне врахування просторових коливань, електродинамічних процесів у тягових приводах кожної колісної пари, фізико-механічних процесів у контакті колеса з рейкою (використання уточненої моделі зчеплення).

У четвертому розділі проводяться розрахунки величин, що характеризують тягові та динамічні процеси; проводиться перевірка достовірності складеної математичної моделі руху рейкового транспортного засобу типу трамвайного вагона ЛТ-20 на прямій та криволінійній ділянках шляху; визначається вплив сили тяги на динамічну взаємодію в системі “рейковий транспортний засіб-шлях”; кількісно оцінюються заходи щодо покращення тягово-динамічних якостей залізничного транспортного засобу розробленої конструкції при русі у режимах тяги та гальмування, аналізується ефективність роботи запропонованих винаходів.

Для перевірки адекватності розробленої математичної моделі руху трамвайного вагона при оцінці його тягових і динамічних показників, був вирішений ряд задач для випадку трамвайного вагона ЛТ-10:

рух трамвая на вибігу на кривих і прямих ділянках шляху;

рух трамвайного вагона у режимі тяги на кривих і прямих ділянках шляху.

Аналіз результатів розрахунків за математичною моделлю, одержаних при вирішенні першої задачі, тестувався шляхом порівняння з результатами ходових випробувань трамвая ЛТ-10 N001, проведених відділом динамічних і міцнісних випробувань ДХК "Луганськтепловоз" з участю автора за госпдоговірними тематиками.

Динамічні показники оцінювалися за величинами максимальних бокових сил, а також за величиною максимальних коефіцієнтів вертикальної та горизонтальної динаміки подані в табл. 3 і 4.

Відхилення дослідних даних від розрахункових за коефіцієнтами вертикальної та горизонтальної динаміки, максимальними боковими та вертикальними силами складають у діапазоні швидкостей 5-20 м/с - 15-30%. На підставі цього зроблено висновки про те, що розроблена математична модель з достатнім степенем достовірності описує реальні процеси, які відбуваються при русі рейкового екіпажа.

Таблиця 3. Коефіцієнти горизонтальної динаміки трамвая ЛТ-10

Ділянка шляху	Випробування	Результати розрахунків
	1-ого ступіня	2-ого ступіня	1-ого ступіня	2-ого ступіня
Пряма	0,289	0,326	0,3	0,334
крива радіусом 122 м	0,337	0,261	0,348	0,3

Таблиця 4. Коефіцієнти вертикальної динаміки трамвая ЛТ-10

Ділянка шляху	Випробування	Результати розрахунків
	1-ого ступіня	2-ого ступіня	1-ого ступіня	2-ого ступіня
Пряма	0,3	0,22	0,27	0,17
крива радіусом 122 м	0,28	0,216	0,3	0,18

Після підтвердження правомірності передумов і методик, закладених у математичну модель рейкового транспортного засобу, були проведені розрахунки параметрів руху трамвая ЛТ-20 у прямих і кривих ділянках шляху. Результати розрахунків подано в табл. 5, 6.

Таблиця 5. Коефіцієнти вертикальної динаміки трамвая ЛТ-20

Ділянка шляху	1-ого ступіня	2-ого ступіня
прямі	0,34	0,21
крива радіусом 122 м	0,25	0,24

Таблиця 6. Максимальні бокові сили для трамвая ЛТ-20

Ділянка шляху	Величина
Прямі	1 кН
крива радіусом 500 м	1,5 кН
крива радіусом 122 м	2,8 кН

Оцінка тягових показників рейкового транспортного засобу типу трамвая ЛТ-20 здійснювалася за середньою силою тяги, що розвивається по ділянці руху.

При цьому шлях вибирався задовільного стану, сухий та чистий, з максимальним коефіцієнтом тертя між колесом і рейкою 0,3. Середня по ділянці шляху сила тяги помітно залежить від швидкості руху і найменше від завантаження транспортного засобу. При зміні швидкості руху з 5,55 м/с до 16,67 м/с для прямої ділянки шляху в середньому відбувається спад сили тяги на 45%, а для кривої радіусом 500 м при зміні швидкості руху з 2,78 м/с до 11,11 м/с - на 35%.

Визначальні критерії оцінки тягових і динамічних властивостей рейкового транспортного засобу зведено в табл. 6.

У випадку оцінки динамічних якостей трамвайних вагонів ЛТ-10 і ЛТ-20 за величинами коефіцієнтів вертикальної та горизонтальної динаміки, максимальними боковими та вертикальними силами є 6-ти бальна система, де 1 відповідає - незадовільно, а 6 - відмінно. Оцінка тягових якостей до цього часу проводилася за численними показниками (див. розділ 1.1), тому для неї немє чітко розробленої шкали. Автором запропоновано провести оцінку за 5-ти бальною шкалою, де 1 відповідають незадовільні якості, а 5 - це максимальна оцінка. Слід зазначити, що розроблені бальні шкали правильні тільки для оцінки тягово-динамічних якостей трамвайних вагонів.

Для показників вертикальної та горизонтальної динаміки існує чітко розроблена шкала оцінки цих показників, яка широко використовується для оцінки при проектуванні нових конструкцій екіпажів. Бальні оцінки подано в розділі 4.3.

Таблиця 7 Оцінювання ефективності системи

№ з/п	Показник тягових і динамічних якостей	Бальна оцінка (трамвай ЛТ-10)	Бальна оцінка (трамвай ЛТ-20)
1.	Коефіцієнт вертикальної динаміки: -1-ий ступінь ресорного підвішування -2- ий ступінь ресорного підвішування	5 5	5 5
2.	Коефіцієнт горизонтальної динаміки	5	5
3.	Вертикальні динамічні сили	5	6
4.	Максимальні бокові сили	4	5
5.	Сила зчеплення	4	3
6.	Середня здійснена по ділянці сила тяги	3	4

У табл. 7 пункти з 1 по 4 ураховують динамічні якості рейкового транспортного засобу в горизонтальній і вертикальній площинах.

Розрахунок оціночних характеристик проводиться відповідно до таблиці для міського циклу руху трамвайних вагонів (швидкість руху 8,33 м/с, номінальне завантаження) за формулою:

де - узагальнений показник оцінюючий систему; - бальна оцінка i-го критерія.

Для трамвая типу ЛТ-10 оціночний показник дорівнює 4,43, а трамваю ЛТ-20 - 4,71.

Це свідчить про те, що конструкція трамвая ЛТ-20 - має кращі якості порівняно з існуючою.

Запропонована методика дозволить проводити оцінку тягово-динамічних якостей на основі розроблених математичних моделей при внесенні будь-яких змін у конструкцію рейкових транспортних засобів типу трамвайних вагонів.

З участю автора розроблено конструктивні рішення, які забезпечують покращення умов реалізації сил тяги та гальмування рейкового транспортного засобу. Запропоновані конструкції ходових частин дозволяють розподіляти навантаження по колісних парах, а застосуванням нової конструкції гасника коливань, який значно зменшує динамічні сили в другому ступені ресорного підвішування. По даних конструкціях одержані патент України №20365А та позитивні рішення на винаходи №№ 95063073, 95083855. З метою оцінки їх ефективності в розділі проведено розрахунки руху рейкових транспортних засобів із запропонованими пристроями.

Так, “Спосіб підвищення тягово-динамічних якостей локомотивів” (Заяв. на винахід №95063073) та “Візок залізничного транспортного засобу” (Патент України №20365 А) призначаються для регулювання навантажень по колісних парах, яке виконується для першого випадку шляхом перерозподілу навантажень по колісних парах обернено пропорційно горизонтальним поперечним силам у контакті коліс з рейкою за допомогою похилих тяг зв'язку візків з кузовом. Для другого випадку перерозподіл виконується шляхом довантаження колісних пар, які знаходяться у невигідних з точки зору зчеплення умовах, через силовий гідроциліндр. При цьому зменшуються навантаження на колісних парах, які знаходяться у гірших умовах зчеплення, та збільшуються навантаження на колісних парах, які знаходяться у кращих умовах зчеплення.

Проведені дослідження показали, що перерозподіл навантажень на колісні пари дає значний ефект щодо підвищення h. Так, при V=1,39 м/с у першому випадку h збільшується до 16%, а у другому - до 5%.

Розрахунки, які були проведені для рейкового транспортного засобу, який обладнаний пристроями, показали, що при використанні способу підвищення тягово-динамічних якостей локомотива за рахунок регулювання тягових моментів (заявка на винахід № 95063073) є можливість збільшення сили тяги до 16% при V=1,39 м/с і 10% при V=2,78 м/с. При застосуванні нової конструкції гасника коливань (заявка на винахід № 95083855) збільшення коефіцієнта використання зчеплення складає 2% при V=1,39 м/с і 4% при V=2,78 м/с.

ВИСНОВКИ

Подані в дисертації результати проведених теоретичних та експеріментальних досліджень дозволяють зробити такі висновки:

В результаті досліджень розроблено методику, яка дозволяє проводити комплексну оцінку тягових і динамічних якостей рейкових транспортних засобів, що проектуються.

Одержано рівняння регресії зміни радіуса кола котіння колеса та тангенса кута нахилу дотичної у точці контакту від положення колісної пари у рейковій колії для різних сполучень профілів коліс і рейок. Ці рівняння використовуються в математичних моделях руху залізничних екіпажів для адекватного опису процесів взаємодії колеса з рейкою.

Запропоновано нову конструкцію колеса рейкового транспортного засобу, новизна якої полягає у тому, що гребінь колеса кріпиться до бандажа через гумовий елемент, який дозволяє переміщатися йому у поперечному напряму. Застосування колеса з підгумованим гребенем дозволяє поліпшити горизонтальну динаміку екіпажа та зменшити знос колес та рейок.

Розроблено математичну модель руху колісної пари, конструкція якої дозволяє зменшувати бокові впливи на шлях. За допомогою математичної моделі руху цієї колісної пари проведено оцінку ефективності застосування нової конструкції колеса. Як показали розрахунки, при використанні колісной пари з підгумованим гребенем, величини бокових сил у кривих і прямих на ділянках шляху значно зменшуються. Так, для прямих ділянок: у режимі тяги на 25-30%, у режимі вибігу - на 15-20%. Для криволінійної ділянки шляху радіусом 350 м у режимі вибігу - на 10-15%, у режимі тяги - на 25%. На малих швидкостях руху, до 1,39-1,94 м/с, величини бокових сил для звичайної конструкції колісної пари та колісної пари з підгумованим гребенем однакові.

Розроблено математичну модель руху рейкового транспортного засобу в прямих та криволінійних ділянках шляху типу трамвайного вагона ЛТ-20 з уточненим відображенням процесу зчеплення, що дозволяє на стадії проектування оцінити ефективність конструктивних удосконалень і їх вплив на тягово-зчіпні та динамічні якості екіпажа.

Проведено оцінку адекватності розробленої математичної моделі. Порівняння проводилося за допомогою результатів моделювання руху трамвайного вагона ЛТ-10, у модель якого були закладені передумови, що використовувалися в математичній моделі трамвая ЛТ-20 і порівнювались з даними експериментальних досліджень. Результати розрахунків підтвердили достовірність моделі. Так, наприклад, розбіжність розрахункових та експериментальних даних за величинами максимальних бокових сил у діапазоні швидкостей 1,39-5,55 м/с склала 15-30%, за величинами коефіцієнтів вертикальної динаміки до 5%, коефіцієнтів горизонтальної динаміки - 10-15%.

Результати розрахунків на математичній моделі руху трамвайного вагона типу ЛТ-20 показали, що:

сила тяги та фрикційний стан контакту колеса з рейкою суттєво впливає на протікання динамічних процесів при русі залізничного екіпажа. Так, при V=2,78 м/с , m=0,15 і М_Т=4 кНм на колісну пару збільшення математичних очікувань максимальних бокових сил у порівнянні з режимом вибігу склало для рейкового транспортного засобу, що рухається по нових рейках, 70%. Зниження m з 0,3 до 0,15 при русі на вибігу з V=2,78 м/с призвело для рейкового транспортного засобу з новими колесами, що рухається по зношених рейках, до збільшення бокових сил удвічі;

Проведено оцінку ефективності нових розробок, що використовуються в конструкції трамвая: конструкції кузова трамвая ЛТ-20, візків, системи керування АТЕД (за запропонованими методиками - коефіцієнтах вертикальної динаміки, бокових силах, силах зчеплення).

У межах державної програми “Розвиток залізничного транспорту соціального призначення і для комунального господарства України”, а також згідно з угодою №110 між кафедрою “Залізничний транспорт” і державною компанією “Луганськтепловоз” проведена науково-дослідницька робота, за результатами якої є тягово-динамичні розрахунки, розробка рекомендацій щодо вибору конструкції екіпажної частини та впровадження пакету прикладних програм для інженерів-конструкторів.

З участю автора розроблені конструктивні рішення, що поліпшують умови реалізації рейковим транспортним засобом сил зчеплення коліс з рейками в режимі тяги (гальмування), за якими одержано патент № 20365А та позитивні рішення за заявками на винаходи № 95063073, 95083855.

Результати розрахунків за математичною моделлю руху рейкового транспортного засобу підтвердили ефективність використання згаданих вище конструктивних рішень, конструкції колісної пари з підгумованим гребенем на поліпшення зчіпних якостей залізничного екіпажа.

Так, при використанні конструкції візка залізничного транспортного засобу (патент №20365А, МКИ В61F 15/00), який дозволяє проводити перерозподіл навантажень по колісних парах, збільшення коефіцієнта використання зчеплення складає 5% при V=1,39 м/с. При використанні способу підвищення тягово-динамічних якостей рейкових транспортних засобів за рахунок регулювання тягових моментів (заявка на винахід № 95063073, МПК В21С 15/00) мається можливість збільшення сили тяги до 16% при V=1,39 м/с і 10% при V=2,78 м/с. При застосуванні нової конструкції гасника коливань (заявка на винахід №95083855, МПК F16F 15/00) збільшення коефіцієнта використання зчеплення складає 4% при V=1,39 м/с і 2,2 % при V=2,78 м/с.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ РОБІТ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

Голубенко А.Л., Кашура А.Л., Костюкевич А.И., Горбунов Н.И., Вивденко Ю.Г. Комплексная оценка тягово-динамических качеств локомотивов на стадии проектирования. Деп. в ГПНТБ Украины 21.02.96. №590 - Ук96.

Голубенко А.Л., Кашура А.Л., Вивденко Ю.Г. Математическая модель движения трамвая с асинхронным тяговым приводом. Деп. в ГПНТБ Украины 02.04.96. №843 - Ук96.

Голубенко А.Л., Вивденко Ю.Г. Оценка тягово-динамических качеств рельсового экипажа с продольной связью колес // Вісник Східноукраїнського державного університету. Вид-во СУДУ. Серия “Транспорт”. - Луганськ, 1999. - №2(18). - С.76-89.

Горбунов Н.И., Костюкевич А.И., Кашура А.Л., Вивденко Ю.Г. О методах подготовки к принятию технического решения // Зб. наук. праць. Вид-во СУДУ. Серія “Транспорт”. - Луганськ, 1998. - С.47-54.

Вивденко Ю.Г., Спирягин В.И. Исследование конструкции колесной пары, позволяющей уменьшить боковые динамические силы // Вісник Східноукраїнського державного університету. Вид-во СУДУ. Серія “Транспорт”. - Луганськ, 1999. - №1(16). - С.64-69.

Голубенко А.Л., Вивденко Ю.Г., Кашура А.Л. Проверка адекватности математической модели для оценки тягово-динамических качеств трамвая ЛТ-10 // Зб. наук. праць. Вид-во СУДУ. Серія “Транспорт”. - Луганськ, 1999. - С.38-46.

Голубенко О.Л., Костюкевич О.І., Кашура О.Л., Вивденко Ю.Г., Вплив сили тяги на динамічні процеси при русі рейкового транспортного засобу // Проблеми транспорту та шляхи їх вирішення: Тез. доповіді. міжнар. наук.-техн. конф. - Київ, 1994.- С. 107.

Голубенко А.Л., Кашура А.Л., Горбунов Н.И., Вивденко Ю.Г., Слюсарева Л.А. Исследование движения перспективного трамвайного вагона // Проблемы развития локомотивостроения: Тез. докл. 5-й международной научн.-техн. конференции. - Алушта, 1995. - С.10.

Голубенко А.Л., Кашура А.Л., Вивденко Ю.Г. Уменьшение износа поверхности катания бандажа путем совершенствования его профиля // Проблемы механики железнодорожного транспорта: Тез. докл. 9-й международной научн.-техн. конференции. - Днепропетровск, 1996.- С.108.

Пат. 20365 А, МКИ В61F 5/00 “Візок залізничного транспортного засобу”. Заяв. 09.02.95. Опубл. 27.02.98. - Бюл. №1 - 5 с. Горбунов М.І., Поліщук В.А., Міщенко К.П., Кашура О.Л., Вівденко Ю.Г., Віхляєва Н.В., Нгуєн Тієн Лок (В'єтнам).

Заяв. на винахід № 95063073, МПК В21С 15/00 “Спосіб підвищення тягово-динамічних якостей локомотивів”. Подан. 30.06.95. Горбунов М.І., Кашура О.Л., Поліщук В.А., Мищенко К.П., Бєляєв А.І., Вівденко Ю.Г.

Заяв. на винахід №95083855, МПК F16F 15/00 “Гасник коливань”. Подан. 21.08.95. Горбунов М.І., Голубенко О.Л., Кашура О.Л., Тасанг Е.Х., Вівденко Ю.Г., Бєлозьоров Є.В., Поліщук В.А.

АнотаціЯ

Вівденко Ю.Г. “Комплексна оцінка впливу конструктивних особливостей екіпажної частини на тягово-динамічні якості рейкового транспортного засобу на стадії проектування”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.07 - Рухомий склад залізниць і тяга поїздів. - Східноукраїнський державний університет, м. Луганськ, 2000.

Захищається 9 наукових праць, 1 патент і 2 позитивних рішення за заявками на винахід, які містять дослідження питання оцінки впливу вношених змін у конструкцію екіпажної частини на тягово-динамічні якості рейкових транспортних засобів. На основі математичної моделі просторових коливань трамвайного вагона розроблено методику оцінку тягових і динамічних якостей конструкцій рейкового транспортного засобу. В запропонованій математичній моделі врахована взаємна робота механічної та електричної частин екіпажа; показано вплив сили тяги та фрикційного стану в контакті колеса з рейкою на тривання динамічних процесів у системі “рейковий транспортний засіб - шлях” у поперечному напрямку. Проведено перевірку адекватності представленої математичної моделі шляхом порівняння результатів розрахунку з експериментальними даними.

Виконано оцінку тягово-динамічних якостей трамвайного вагона ЛТ-20; оцінено ефективність використовуваних конструктивних рішень, спрямованих на поліпшення ходових властивостей рейкового транспортного засобу.

Ключові слова: рейковий транспортний засіб, трамвайний вагон, зчеплення, сила тяги, динамічні сили.

АнНотацИЯ

Вивденко Ю.Г. “Комплексная оценка влияния конструктивных особенностей экипажной части на тягово-динамические качества рельсового транспортного средства на стадии проектирования”. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов. Восточноукраинский государственный университет, г. Луганск, 2000 г.

Защищается 9 научных робот, 1 патент и 2 положительных решения по заявкам на изобретения, содержащих исследование вопроса оценки влияния изменений в конструкцию экипажной части на тягово-динамические качества рельсовых транспортных средств.

При выполнении диссертации был проведен обзор работ, посвященных вопросам оценки тяговых и динамических качеств рельсовых транспортных средств. В процессе исследования установлено, что до настоящего момента основным показателем, которым характеризуется рельсовое транспортное средство, является наличие хороших динамических качеств. При этом тяговые качества в расчет не берутся, хотя последние исследования показывают, что процессы реализации силы тяги и динамика экипажа тесно взаимосвязаны. Комплексная оценка по показателям тяги и динамики до сих пор не проводится. Рельсовое транспортное средство является сложной технической системой и оценка пригодности этой системы к эксплуатации - довольно сложная задача. Для того, чтобы это выполнить, необходимо определить, какие критерии для тяговых и динамических качеств являются основными. Большое распространение в теории технических систем получила методика, которая позволяет оценить техническую конструкцию с помощью бальных оценок. Для этого определяются основные тяговые и динамических качеств, а затем разрабатывается бальная шкала оценок, определяющая тот или иной уровень (например 5-ти бальная, где 1 - наихудший показатель, а 5 - наилучший показатель).

В данной работе рассматриваются конструкции тягового привода асинхронными двигателями, которые в железнодорожном составе нашли ограниченное применение. Из результатов многочисленных теоретических и экспериментальных исследований, что применение асинхронных двигателей в тяговом приводе позволяет реализовать более высокий коэффициент сцепления по сравнению с приводами постоянного тока. Также рассмотрены вопросы применения колесных пар нетрадиционной конструкции, к которым относятся колесные пары с независимо вращающимися колесами, подрезиненные колесные пары и колесные пары с регулируемым скольжением. Отмечено, что колесные пары с независимым вращением имеют существенные преимущества перед колесными парами традиционной конструкции по критериям износа, величинам динамических сил и устойчивости движения.

В диссертации рассмотрены конструктивные факторы, существенно влияющие на процессы взаимодействия колеса и рельсовой колеи. Учтены изменения радиуса колеса по кругу катания DR(y) и тангенса угла наклона g tg(g(y)) общей касательной к поверхности колеса и рельса в точке контакта от поперечного смещения колесной пары относительно рельсовой колеи. Предложена новая конструкция колесной пары с подрезиненным гребнем, которая позволяет уменьшить динамическое воздействие колесной пары на путь. Разработана математическая модель движения колесной пары, на которой проведены расчеты эффективности использования этой конструкции. Результаты расчетов говорят о существенном, до 25-30%, уменьшении боковых сил.

По результатам исследований составлена математическая модель в основу пространственных колебаний трамвайного вагона, которая положена в основу разработана методики оценки тяговых и динамических качеств конструкции трамвайного вагона. В составленной математической модели учтена взаимная работа механической и электрической части экипажа особенностью конструкции которого является наличие сочлененного кузова и тележек с раздельно-вращающимися колесами, и двухсторонним приводом.

Проведена проверка адекватности составленной математической модели путем сравнения результатов расчета движения трамвайного вагона ЛТ-10 с экспериментальными данными, полученными отделом прочностных и динамических испытаний ГХК “Лугансктепловоз”. Как показало сравнение математическая модель достоверно описывает динамические и тяговые процессы, происходящие при движении. Отклонение результатов расчета от экспериментальных данных составляет 15-30%, что говорит о достаточной точности. Показано влияние силы тяги и фрикционного состояния в контакте колеса с рельсом на протекание динамических процессов в системе “рельсовое транспортное средство - путь” в поперечном направлении. После этого была выполнена оценка тягово-динамических качеств трамвайного вагона ЛТ-20 в сравнении с трамваем ЛТ-10. Анализ показал, что обладает трамвай ЛТ-20 обладает лучшими тягово-динамическими качествами. Математическая модель позволила провести оценку эффективности предлагаемых конструктивных решений, направленных на улучшение тягово-динамических свойств экипажа. В частности, получена оценка применения фрикционного гасителя колебаний, существенным отличием которого от известных конструкций является возможность регулирования его характеристик в зависимости от режима движения. Предложена конструкция тележки транспортного средства, позволяющая производить перераспределение нагрузок по колесным парам, что в свою очередь позволяет увеличить коэффициент использование сцепной массы. Также предложено использовать наклонные поводки в тележках железнодорожного транспортного средства, расположение и конструкция которых дает возможность регулировать нагрузку от колесной пары на рельс, а следовательно и использование коэффициента сцепления. Расчет по модели показал, что применение перечисленных выше конструктивных решений приводит к увеличению коэффициента сцепления от 4 до 16%.

...