Улучшение показателей динамических качеств локомотива на основе модернизации рессорного подвешивания и совершенствования методики его расчета

Размещено на http://www.allbest.ru/

Улучшение показателей динамических качеств локомотива на основе модернизации рессорного подвешивания и совершенствования методики его расчета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

электровоз рессорный модернизация

Актуальность исследования. В последние годы вследствие интенсивного развития экономики России и ее интеграции в международное экономи-ческое пространство наблюдается увеличение потребности в осуществлении перевозок, в том числе и по железным дорогам. Чтобы удовлетворить возрастающий спрос, а также поднять привлекательность создаваемых транспортных коридоров, включая транзитные, проходящие по территории страны, необходимо повышать производительность перевозочного процесса, осуществляемого по железнодорожной сети, учитывая при этом необходимый уровень экономической эффективности отрасли в целом.

В связи с этим распоряжением правительства РФ № 877-з от 17 июня 2008 г. была утверждена «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 г.». В соответствии с программой «Стратегические направления научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г.» для достижения поставленной цели руко-водством компании «ОАО «РЖД» были сформулированы основные задачи, среди которых можно выделить следующие: повышение скоростей движения грузовых и пассажирских поездов, увеличение нагрузки на ось, формирование тяжеловесных поездов массой более 9000 т, улучшение тяговых свойств локомотивов и снижение удельного расхода энергии на тягу поездов, повышение уровня безопасности движения поездов.

Эксплуатация морально устаревшего подвижного состава с низкими динамическими свойствами, доля которого на сети дорог достигает 70 %, является одной из причин недостаточного уровня безопасности движения поездов и высоких эксплуатационных расходов, обусловленных увеличением затрат на ремонтные работы, а также повышенным потреблением энергии на тягу поездов. В свою очередь предъявляемые новые требования повышения скоростей движения поездов ведут к увеличению уровня сил динамического взаимодействия подвижного состава и пути, что в условиях значительного износа экипажной части морально и физически устаревших локомотивов является недопустимым.

Коренное решение обозначенной проблемы заключается в полной замене парка подвижного состава, выработавшего свой эксплуатационный ресурс. Вместе с тем существуют возможности улучшения тяговых и динамических свойств и продления срока службы основных магистральных локомотивов (ВЛ10, ВЛ11, ВЛ80, ВЛ85) путем модернизации их механической части на основе применения принципа компенсации внешних возмущений.

Цель диссертационной работы - совершенствование динамических качеств локомотива на основе модернизации его рессорного подвешивания с применением новых методов расчета и проектирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1) сформировать математическую модель взаимодействия электровоза ВЛ10 локомотива и пути;

2) выполнить анализ математических моделей возмущений, действующих со стороны пути, и реализовать возможность их применения с учетом современного состояния пути железных дорог;

3) исследовать влияние сил трения в фрикционных элементах рессорного подвешивания на взаимодействие экипажной части локомотива и пути; установить особенности динамики экипажа, конструкция которого предусматривает наличие фрикционных демпферов;

4) рассчитать динамические показатели современного тягового подвижного состава на примере электровоза ЭП2К;

5) определить значения параметров компенсирующего устройства, обеспечивающие необходимую силовую характеристику рессорного подвешивания локомотива ВЛ10;

6) выполнить технико-экономическую оценку эффективности модернизации рессорного подвешивания локомотива.

Методы исследования. При выполнении работы были использованы основные положения и методы аналитической механики и статистической динамики экипажей, теории вероятностей и математической статистики, матричной алгебры, частотного анализа динамических систем. Расчеты и анализ результатов исследования проводились с применением вычислительной техники: для символьных вычислений использован программный продукт Maple, основные вычисления выполнены в среде Mathcad, для работы с массивами данных применялся также редактор электронных таблиц Microsoft Excel.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1)определение модуля частотной передаточной функции железнодорожного экипажа проводилось с помощью предложенного нового метода, связанного с решением системы алгебраических уравнений (САУ) относительно действительных и мнимых ее частей;

2)для вычисления показателей динамических качеств локомотива разработан новый способ определения несобственного интеграла от дробно-рациональной функции спектральной плотности, связанный с решением линейной САУ с транспонированной матрицей Гурвица;

3)уточнена математическая модель, характеризующая свойства неровности пути, с учетом его современного состояния;

4)установлено соотношение, определяющее условия запирания листовой рессоры буксового подвешивания, независимое от числа степеней свободы локомотива.

Достоверность научных положений и результатов диссертации обоснована корректным использованием соответствующего математического аппарата и подтверждается совпадением результатов теоретических расчетов ускорений и давления колесных пар на рельсы с данными, полученными ВНИИЖТом в ходе экспериментальных исследований динамических свойств тягового подвижного состава. Расхождение результатов не превышает 12 %.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1)обоснована эффективность модернизации экипажной части морально устаревшего подвижного состава и создания рессорного подвешивания на основе принципа компенсации внешних возмущений;

2)предложена методика расчета показателей динамических качеств при взаимодействии подвижного состава и пути с учетом его современного состояния и различных условий эксплуатации, снижающая вычислительные затраты при проведении расчетов;

3)определены значения конструктивных параметров устройства, обеспе-чивающие улучшение динамических свойств локомотива.

Реализация результатов работы. Теоретические результаты работы внедрены в учебный процесс по подготовке специалистов в области железнодорожного транспорта по дисциплинам «Динамика вагонов», «Динамика электроподвижного состава» в Омском государственном университете путей сообщения.

Апробация работы. Основные положения и выводы диссертационной работы докладывались и обсуждались на IX всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Механики - XXI веку» (Братск, 2010), международной научно-технической конференции «Инновации для транспорта» (Омск, 2010), всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава» (Омск, 2011), научно-технических семинарах кафедры «Теоретическая механика» ОмГУПСа (2008 - 2011), семинаре механического факультета ОмГУПСа (2010), постоянно действующем межкафедральном научно-техническом семинаре ОмГУПСа (2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе три статьи - в изданиях, включенных в перечень ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 129 наименований и содержит 172 страницы основного текста, 49 рисунков, 25 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрены основные задачи развития железнодорожного транспорта, связанные с возрастанием сил динамического взаимодействия подвижного состава и пути и необходимостью их снижения, а также обоснована актуальность исследуемой проблемы.

В первой главе рассматриваются исследования в области колебаний подвижного состава и его взаимодействия с железнодорожным путем. Проведен анализ существующих технических решений, применяемых в экипажной части для повышения ее динамических показателей.

Большой вклад в совершенствование подвижного состава внесли отечественные ученые: П. С. Анисимов, И. В. Бирюков, Е. П. Блохин, Ю. П. Бороненко, В. И. Варава, М. Ф. Вериго, С. В. Вершинский, И. В. Волков, И. И. Галиев, А. Л. Голубенко, Л. О. Грачева, В. Г. Григоренко, В. Н. Данилов, В. Д. Данович, Ю. В. Демин, В. И. Доронин, А. С. Евстратов, С. В. Елисеев, О. П. Ершков, А. А. Зарифьян, С. М. Захаров, И. П. Исаев, Л. А. Кальницкий, А. А. Камаев, В. А. Камаев, В. Н. Кашников, В. И. Киселев, А. Я. Коган, В. И. Колесников, В. С. Коссов, С. С. Крепкогорский, Н. Н. Кудрявцев, С. М. Куценко, В. А. Лазарян, И. К. Лакин, В. Ф. Лапшин, А. А. Львов, И. А. Майба, В. Б. Медель, В. Б. Мещеряков, Д. К. Минов, Г. С. Михальченко, В. А. Нехаев, В. А. Николаев, Л. Н. Никольский, А. М. Орлова, А. П. Павленко, Н. А. Панькин, М. П. Пахомов, Г. И. Петров, Н. П. Петров, Д. Ю. Погорелов, Н. А. Радченко, Ю. С. Ромен, А. Н. Савоськин, А. В. Смольянинов, А. М. Соколов, М. М. Соколов, Т. А. Тибилов, В. Ф. Ушкалов, В. П. Феоктистов, А. П. Хоменко, А. А. Хохлов, В. Д. Хусидов, И. И. Челноков, В. Ф. Яковлев, а также ряд зарубежных исследователей: В. К. Гарг, Р. В. Дуккипати, Дж. Калкер, Ф. Картер, Г. Марье, А. Д. де Патер, С. Портер, Е. Шперлинг, Т. Мюллер и др.

На основании анализа существующих проблем взаимодействия подвижного состава и пути сформулирована цель, поставлены задачи исследования, намечены пути их решения, определены научная новизна и практическая ценность работы.

Во второй главе выполнено исследование динамических свойств локомотива ВЛ10. При составлении математической модели колебаний экипажной части были приняты стандартные для динамики подвижного состава допущения. В соответствии с задачами диссертационной работы принята плоская расчетная схема локомотива с десятью степенями и четырьмя полустепенями свободы по терминологии академика А. А. Андронова (рис. 1). Конструкция рессорного подвешивания локомотива ВЛ10 включает в себя фрикционные элементы с существенно нелинейной силовой характеристикой, поэтому для обеспечения возможности использования рассмотренного во второй главе математического аппарата исследуемая система была линеаризована с помощью методики М. И. Батя для среднего значения коэффициента относительного трения между листами f = 0,3.

Рис. 1. Расчетная схема плоской модели локомотива ВЛ10

С помощью уравнения Лагранжа II рода была составлена система дифференциальных уравнений колебаний элементов экипажной части локомотива:

(1)

где введены следующие обобщенные координаты: z_к и ц - вертикальное и угловое перемещение кузова; z_тk и ц_k - вертикальное и угловое перемещение k-й тележки; q_i - вертикальные перемещения листовых рессор, расположенных на i-й колесной паре; z_i - вертикальные колебания i-й колесной пары, k = (2i+1-(-1)ⁱ)/4, а также координаты, относящиеся к железнодорожному пути: z_п - вертикальные перемещения участка пути, приведенного к i-й колесной паре, з_i - случайная функция неровности рельса под i-й колесной парой. Рассматриваемая модель динамики системы учитывает транспортное запаздывание возмущающего воздействия пути на разные колесные пары, постоянная времени которого зависит от скорости движения V.

По уравнениям системы (1) были определены модули частотных передаточных функций для каждой обобщенной координаты по неровности пути. На их основе были построены и исследованы логарифмические амплитудные частотные характеристики, на основании чего был сделан вывод о том, что транспортное запаздывание возмущения почти не влияет на динамику необрессоренных масс.

В большинстве современных исследований динамика взаимодействия пути и подвижного состава характеризуется случайными процессами и соответствующими статистическими характеристиками. Основным источником возмущающего воздействия на экипаж при его движении является железнодорожный путь. Учитывая сложный многогранный характер такого воздействия, считают, что его свойства подчиняются нормальному закону распределения и являются стационарными эргодическими процессами. Следовательно, свойства колебаний экипажа и пути можно описать с помощью неслучайных зависимостей: корреляционной функции или связанной с ней спектральной плотности.

В третьей главе рассматриваются математические модели, используемые для описания возмущающего воздействия пути на движущийся экипаж. Отмечено многообразие представлений свойств пути, задаваемых с помощью выражений для спектральной плотности случайного процесса.

Известно, что возмущение, оказывающее влияние на процессы взаимодействия колесных пар подвижного состава и рельсов, представляет собой совокупность различных возмущающих факторов. Среди них принято выделять неровности рельсового звена, стыки, микро- и макронеровности пути и геометрические неровности колес экипажа. Выбор характеристики возмущения зависит от поставленной задачи, главным фактором в этом случае является возможность получить решение для рассматриваемой математической модели. В первую очередь это связано с тем, что в статистической динамике многие характеристики случайных процессов связаны между собой интегральными соотношениями, поэтому в ряде случаев интеграл может не существовать.

Среди всех рассмотренных математических моделей возмущения пути была выбрана формула для спектральной плотности, предложенная профессором А. И. Беляевым на основании статистической обработки экспериментальной информации об ускорениях букс тепловоза 2ТЭ10Л, запись которых проводилась на участках Московской и Юго-Восточной железных дорог со скоростями движения до 100 км/ч в зимний и летний периоды года:

(2)

Где дисперсия ускорения D измеряется в м²/с⁴, а коэффициенты и - в с^-1, скорость движения V - в км/ч; параметр во всех случаях был близок к величине /3. Состояние пути учитывается с помощью безразмерного коэффициента K_c. Все указанные в формуле (2) параметры являются функциями скорости движения экипажа. Коэффициент по значению близок к собственной частоте колебаний необрессоренных масс на упругом пути, его увеличение с возрастанием скорости свидетельствует о повышении динамической жесткости пути.

Используемая характеристика для расчета случайных процессов колебаний подвижного состава имеет по сравнению с другими ряд преимуществ. Выражение (2) учитывает достаточно широкий спектр возмущений, действующих на локомотив со стороны пути и необрессоренных масс экипажа, а также косвенно учитывает влияние продольной неравноупругости пути. Кроме того, очевидно, что данные, использованные для аппроксимации возмущения, уже содержат в себе влияние совместных пространственных колебаний всех элементов экипажа на ускорения букс в вертикальной плоскости, что дает основания заменить пространственную расчетную схему плоской при заданном характере возмущений.

Однако нужно учесть, что в условиях интенсификации процессов перевозок, увеличения скоростей обращения поездов, погонных и осевых нагрузок, корректирования условий безопасности движения железнодорожный путь постоянно совершенствовался, чтобы удовлетворять современным требованиям. В таком случае недостаток полученного выражения для определения свойств пути заключается в том, что параметры спектральной плотности (2) получены на основании экспериментов, проведенных в 60-е гг. XX в., поэтому в настоящее время они потеряли актуальность.

Для решения этой проблемы использованы данные, полученные в современных исследованиях свойств пути. В качестве такой информации можно принять результаты измерений просадок и их среднеквадратических отклонений, проведенных специалистами ВНИИЖТа в 2000 г. для четного и нечетного путей на магистральном направлении Москва - Владивосток. Основываясь на этих результатах, можно скорректировать параметры в выражении (2) и, соответственно, учесть современное состояние пути отдельных дорог. Главным образом это касается именно коэффициента состояния пути К_с.

Новые значения коэффициентов были определены путем сравнения среднеквадратических отклонений просадок пути, установленных экспериментально, с расчетным значением, полученным по выражению (2). Основной сложностью здесь является необходимость вычисления несобственного интеграла второго рода. В этом случае оценка параметров спектральной плотности возмущения пути была проведена на основании гипотезы безотрывного движения колесной пары по рельсам, согласно которой среднеквадратические отклонения перемещений колесной пары и неровностей пути должны быть одинаковыми. С учетом несколько отличающихся друг от друга зависимостей среднеквадратических отклонений перемещений колесных пар и неровности пути от скорости движения экипажа задача сводилась к вычислению нижнего предела интегрирования, при котором разность между двумя характеристиками на всем интервале рассматриваемых скоростей была бы минимальной.

В четвертой главе проведен расчет показателей динамических качеств электровоза ВЛ10 с типовым рессорным подвешиванием. При решении задач статистической динамики возникает необходимость определять параметры колебаний обобщенной координаты через свойства пути, заданные спектральной плотностью, являющейся функцией частоты и, возможно, скорости движения экипажа. При этом указанная связь задается через квадрат амплитудной частотной характеристики обобщенной координаты по возмущению.

Таким образом, для решения задачи статистической динамики применяются методы частотного анализа колебательной системы, основополагающим понятием которого является передаточная функция. Определение передаточной функции для обобщенной координаты по исходным дифференциальным уравнениям системы требует вычисления определителей, состоящих из коэффициентов дифференциальных уравнений, порядок которых зависит от числа степеней свободы. Принимая вещественную часть комплексного аргумента передаточной функции равной нулю, получают частотную передаточную функцию, а затем - амплитудную частотную характеристику. Недостатком данного классического метода является существенное увеличение вычислительных затрат с ростом порядка системы, что вызывает возрастание погрешностей в расчетах и, как следствие, появление ошибочных результатов. Предлагаемый в данной работе метод позволяет сразу определить модуль частотной передаточной функции через вещественную и мнимую частотные характеристики, являющиеся, в свою очередь, решением системы линейных алгебраических уравнений, представленной в матричном виде.

Для расчета таких статистических характеристик, как дисперсия или среднеквадратическое отклонение стационарного эргодического случайного процесса, для каждой обобщенной координаты необходимо вычислить не-собственный интеграл от полученной спектральной плотности. Его подынтегральное выражение представляет собой дробно-рациональную функцию четных степеней частоты, а сам интеграл вычисляется через отношение минора, полученного заменой первой строки определителя Гурвица, составленного из коэффициентов знаменателя, на коэффициенты числителя, к самому определителю. В специальной литературе приводятся формулы такого несобственного интеграла для систем не выше седьмого порядка в связи со сложностью вычисления определителей. Чтобы исключить данную операцию из расчетов, в работе предлагается другой способ, сводящийся к решению системы линейных САУ. Значение несобственного интеграла будет выражаться через первый корень составленного матричного уравнения, в левой части которого находится транспонированная матрица Гурвица, а правая часть состоит из вектора коэффициентов числителя подынтегрального выражения. Далее с помощью частотных характеристик элементов экипажа были получены спектральные плотности, а также вычислены среднеквадратические отклонения и максимальные значения для вертикальных ускорений кузова, тележек и осей колесных пар с доверительной вероятностью 99,7 %.

Графики зависимости максимальных значений ускорений осей колесных пар от скорости экипажа приведены на рис. 2 для различных условий эксплуатации: «л» - в летний и «з» - в зимний периоды года; 1, 2, 3 - соответственно для хорошего, удовлетворительного и плохого состояния пути по классификации А. И. Беляева. Кроме того, точечной линией показана эмпирическая кривая, полученная ВНИИЖТом, позволяющая в первом приближении оценить максимальные ускорения осей колесных пар. Ускорения необрессоренных масс позволяют рассчитать их силы инерции, являющиеся основной составляющей динамической добавки давления колесной пары на рельсы, и определить максимальные и минимальные величины этой силы:

(3)

Где П - статическая нагрузка от оси на рельс, тс; - сила инерции необрессоренных частей экипажа, приходящихся на одну ось, тс; - сила, действующая на буксы одной оси от колебания обрессоренных частей экипажа, тс; k_д - безразмерный коэффициент вертикальной динамики надрессорного строения экипажа.

Формула (3) дает возможность вычислить максимальные и минимальные величины давления колесной пары на рельс. С другой стороны, такой же результат можно получить, используя выражение для сил динамического взаимодействия пути и произвольно выбранной колесной пары:

(4)

определяя передаточную функцию рассматриваемой силы по возмущению, выражая эту зависимость для спектральной плотности и вычисляя среднеквадратическое отклонение и, наконец, максимальное значение сил давления, которое можно подставить в формулу (3) вместо выражения в квадратных скобках.

Расчеты двумя способами приводят к приблизительно одинаковому результату, что можно увидеть из графиков, приведенных на рис. 3 для максимальных значений давления колесной пары на рельсы, определенных при различных условиях эксплуатации. Условные обозначения приняты аналогично рис. 2; точечными линиями здесь обозначены зависимости, вычисленные по формуле (3). При исследовании влияния сил трения в листовых рессорах на динамику взаимодействия подвижного состава и пути было установлено, что их повышение с 300 до 600 кгс позволяет снизить вертикальные силы в контакте колеса и рельса приблизительно на 3 - 6 %. Это приводит к возможности увеличения максимальных скоростей движения локомотива на 4 - 7 %. Однако, во-первых, такое улучшения динамических свойств является незначительным, а во-вторых, данный способ решения проблемы имеет существенный недостаток: при сравнительно больших силах взаимодействия трущихся поверхностей и одновременно малом уровне внешних возмущений происходит запирание листовой рессоры силами сухого трения, в результате чего динамические нагрузки в зоне контакта колеса и рельса, наоборот, возрастают.

Чтобы определить условие, при котором листовая рессора будет гасить энергию колебаний, необходимо рассмотреть две модели динамики экипажа, в одной из которых перемещение листовой рессоры не учитывается. Сравнение проведенных расчетов позволяет установить для этого случая достаточно простое соотношение, независимое от числа степеней свободы экипажа:

(5)

Другими словами, листовая рессора будет рассеивать энергию колебаний в том случае, если среднеквадратическое отклонение подпрыгивания колесной пары в случае запирания листовой рессоры будет больше, чем условный прогиб буксовых пружин под действием силы трения в листовой рессоре, умноженный на коэффициент статистической линеаризации ее силовой характеристики.

Проведенные расчеты показывают, что в 60-е гг. XX в. возмущающее действие пути было велико (это обусловлено в первую очередь отсутствием бесстыкового пути) и явление запирания листовой рессоры практически не возникало. Учитывая современное состояние пути различных железных дорог, можно утверждать, что такие случаи возможны в основном при скоростях до 10 км/ч, однако, на перегоне при движении с установленными скоростями, такие малые скорости наблюдаются обычно в режимах разгона или торможения поезда, когда в системе протекают более сложные, в том числе переходные, процессы и действует большая совокупность силовых факторов.

В пятой главе выполнен расчет динамических показателей тягового подвижного состава нового поколения (локомотив ЭП2К) и проведено сравнение полученных результатов с аналогичными характеристиками, рассчитанными для электровоза ВЛ10 с типовым и модернизированным рессорным подвешиванием. Теоретические расчеты показали преимущество современного локомотива по сравнению с морально устаревшим: за счет совершенствования экипажной части снижаются вертикальные ускорения надрессорного строения, а также силы инерции необрессоренных масс и, соответственно, силы динамического взаимодействия локомотива и пути.

Чтобы повысить динамические свойства подвижного состава прошлого поколения, предложено модернизировать буксовое рессорное подвешивание локомотивов ВЛ10 на основе разработанного на кафедре «Теоретическая механика» ОмГУПСа устройства, реализующего принцип компенсации возмущений, действующих на экипаж со стороны пути. Проведенные натурные испытания локомотива ВЛ10^У-019 показали эффективность применения такого устройства для улучшения показателей динамических качеств подвижного состава.

Тем не менее, при типовой схеме буксового подвешивания избыточный уровень диссипативных сил негативно влияет на динамические качества экипажа, особенно при запирании листовой рессоры силами сухого трения. Для улучшения динамических свойств локомотива целесообразно заменить листовую рессору жесткой балкой, служащей опорой для винтовых цилиндрических пружин, и установленных параллельно пружинам компенсирующего устройства и гидравлического гасителя колебаний. Тогда для существующих величин динамических прогибов рессорного подвешивания применение компенсирующего устройства позволяет уменьшить его суммарную жесткость в 6 - 10 раз, что значительно повышает показатели динамических качеств модернизированной экипажной части (рис. 4, а). В частности, при оценке сил взаимодействия экипажа и пути электровоз ВЛ10 с модернизированным рессорным подвешиванием из-за большой необрессоренной массы незначительно уступает свойствам подвижного состава новых серий, а по эффективности виброзащиты надрессорного строения существенно превосходит их (рис. 4, б). На рис. 4 введены следующие обозначения: ускорения кузова, тележек и необрессоренных масс - 1, 2, 3 соответственно; динамические добавки и максимальные значения сил давления колесной пары на рельсы - 4, 5.

а б

Рис. 4. Относительные величины снижения ускорений и сил: при сравнении ПДК локомотива ВЛ10 с типовым и модернизированным рессорным подвешиванием (а); при сравнении ПДК локомотивов ВЛ10 с модернизированным рессорным подвешиванием и ЭП2К (б)

Проведена оценка технико-экономической эффективности реализации предлагаемого решения для повышения динамических свойств экипажа. Исследование локомотива ВЛ10 показывает, что модернизация буксовой ступени рессорного подвешивания позволяет повысить максимальные скорости его движения на 15 %, снизив установленные ограничения на отдельных участках железных дорог и, соответственно, увеличив их пропускную способность. Ожидаемый расчетный экономический эффект от внедрения устройства компенсации возмущающего воздействия на экипаж должен составить 175 тыс. р. на один локомотив в год в ценах 2011 г.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Сформирована математическая модель локомотива ВЛ10 и проведен статистический анализ его динамических показателей с применением новых математических методов.

2. Уточнена математическая модель возмущающих воздействий со стороны пути с учетом его современного состояния по результатам измерений и статистической обработки значений просадок пути, проведенных ВНИИЖТом в 2000 г. на магистральном направлении Москва - Владивосток.

3. Исследованы процессы, происходящие при запирании листовой рессоры силами трения: выведено условие его возникновения; в зависимости от уровня возмущения пути определены интервалы скоростей, при которых листовая рессора частично рассеивает энергию колебаний или не функционирует, что значительно ухудшает динамические свойства железнодорожного экипажа.

4. Рассчитаны показатели динамических качеств электровоза нового поколения ЭП2К, показаны его преимущества по сравнению с морально устаревшим локомотивом ВЛ10: снижение максимальных вертикальных ускорений кузова на 15 %, тележек - на 16 - 17 %, динамических давлений колесных пар на рельсы - на 13 - 15 %, максимальных давлений - на 4 - 11 %.

5. Определены значения параметров компенсирующего устройства и построена суммарная силовая характеристика модернизированного рессорного подвешивания, обеспечивающая значительное улучшение показателей динамических качеств локомотива ВЛ10: снижение вертикальных ускорений кузова на 57 %, тележек - на 37 - 40 %, необрессоренных масс - на 6 - 7 %, динамических давлений колесных пар на рельсы - на 10 - 12 %, максимальных давлений - на 3 - 7 %. Ускорения кузова электровоза ВЛ10 с модернизированным рессорным подвешиванием при скорости 100 км/ч на 35 % ниже, чем ускорения кузова локомотива ЭП2К.

6. При малых скоростях движения за счет модернизации буксового подвешивания электровоза ВЛ10 колебания динамической добавки давления на рельс снижаются на 25 %, что способствует улучшению тяговых свойств электровоза.

7. Внедрение в буксовую ступень подвешивания устройства, компенсирующего возмущающее воздействие на экипаж, является эффективным с технической и экономической точек зрения; ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенного устройства должен составить 175 тыс. р. на один локомотив в год в ценах 2011 г., расчетный срок окупаемости - 1,7 года.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Николаев В. А. Проблема износа элементов системы «колесо - рельс» и основные методы ее решения / В. А. Николаев, А. Н. Смалев // Повышение динамических качеств подвижного состава и поезда в условиях Сибирского региона: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2009. С. 29 - 33.

2. Нехаев В. А. Динамика необрессоренных масс электровоза ВЛ10 / В. А. Нехаев, В. А. Николаев, А. Н. Смалев // Транспорт Урала / Уральс-кий гос. ун-т путей сообщения. Екатеринбург, 2010. № 2 (25). С. 65 - 68.

3. Нехаев В. А. Исследование движения необрессоренных масс по пути со случайной геометрической неровностью рельса / В. А. Нехаев, В. А. Николаев, А. Н. Смалев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. № 2 (2). С. 106 - 113.

4. Нехаев В. А. О вычислении несобственных интегралов от дробно-рациональной функции при моделировании динамики экипажа / В. А. Нехаев, В. А. Николаев, А. Н. Смалев // Вестник Ростовского гос. ун-та путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2010. № 3 (39). С. 53 - 58.

5. Смалев А. Н. Математическая модель динамики необрессоренных масс экипажа при случайном кинематическом возмущении пути / А. Н. Смалев // Механики - XXI веку: Сб. докл. IX всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием / Братский гос. ун-т. Братск, 2010. С. 8 - 13.

6. Николаев В. А. К вопросу оценки влияния «приведенной» массы пути на показатели динамических качеств локомотива / В. А. Николаев, А. Н. Смалев // Инновации для транспорта: Сб. науч. статей с междунар. участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. Т.1. С. 69 -74.

7. Смалев А. Н. Сравнительный анализ математических моделей вертикальной динамики экипажа / А. Н. Смалев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. № 4 (4). С. 32 - 39.

8. Смалев А. Н. Оценка влияния малых масс системы «колесо - рельс» на статистические характеристики ее динамики / А. Н. Смалев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2011. № 1 (5). С. 20 - 30.

9. Нехаев В. А. Новый метод определения передаточных функций рельсового подвижного состава / В. А. Нехаев, В. А. Николаев, А. Н. Смалев // Транспорт Урала / Уральский гос. ун-т путей сообщения. Екатеринбург, 2011. № 2 (29). С. 75 - 81.

10. Смалев А. Н. Влияние времени года и состояния пути на динамику локомотивов / А. Н. Смалев // Повышение динамических качеств подвижного состава и поезда: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2011. С. 94 - 100.

11. Смалев А. Н. Влияние трения в листовой рессоре на динамику локомотива / А. Н. Смалев // Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава: Матер. всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2011. С. 39 - 43.

Размещено на Allbest.ru