2015-06-04
1441
МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Ростовский государственный университет
Путей сообщения
П.Г. Иваночкин
АНАЛИТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
КУРС ЛЕКЦИЙ
Ростов-на-Дону
Введение
При движении железнодорожного экипажа (локомотива, вагона) по рельсовому пути из-за неровностей на поверхности катания рельсов и бандажей и переменности параметров пути, возникают колебания экипажа. Эти колебания сопровождаются динамическими явлениями, ухудшающими работоспособность системы. Определение характеристик колебательных процессов, возникающих в экипаже при движении по рельсовому пути, производится на основе теоретического решения задачи о колебаниях механической системы экипаж-путь. При этом могут использоваться математические модели рассматриваемой системы разной сложности. Целью выполнения настоящей работы является ознакомление студентов с некоторыми моделями, используемыми при исследовании колебаний рельсовых экипажей и получение навыков определения характеристик колебательных процессов.
|
|
|
Основные понятия.
Под рельсовым экипажем мы будем понимать единичное транспортное средство, способное передвигаться по рельсовому пути самостоятельно или в составе поезда и включающее в себя характерные составные части и оборудование. Характерными составными частями рельсовых экипажей являются кузов; тележки, на которые через опорные устройства опирается кузов; колесные пары, входящие в состав тележек. Кроме того, в состав экипажа могут входить различные устройства – опорные, поворотные, демпфирующие, уравновешивающие, сцепные, тормозные и т.п. Неотъемлемой частью локомотивов (самодвижущихся рельсовых экипажей) являются также двигатели и передаточные механизмы (трансмиссии), обеспечивающие передачу движения от рабочих частей двигателя на колесные пары.
Плавное движение экипажа по пути с реальными неровностями обеспечивается благодаря системе рессорного подвешивания, состоящей из упругих элементов и гасителей колебаний. Рессоры обычно размещают между кузовом и колесными парами, причем в многоосных экипажах, где колесные пары с помощью рам объединены в отдельные группы (поворотные тележки), рессорную систему составляют либо две последовательно работающие группы рессор, расположенные между кузовом и рамой тележки (верхний ярус) и между рамой тележки и колесными парами (нижний ярус), либо одна группа параллельно работающих рессор верхнего или нижнего яруса. В первом случае рессорное подвешивание называют двойным, во втором – одинарным.
|
|
|
Будем считать, что составные части рельсового экипажа представляют собой твердые тела, соединенные между собой различными устройствами, ограничивающими так или иначе свободные перемещения тел относительно друг друга. Такие устройства в механике относятся к так называемым связям, которые обуславливают взаимозависимость положения и движения составных частей экипажа. Совокупность тел, положения и движения которых взаимосвязаны, в теоретической механике объединяют понятием механической системы. Экипаж, как механическую систему можно расширить, включив в нее рельсовый путь, как совокупность двух рельсовых нитей, по которым происходит движение рельсового экипажа.
Обычно расчетная схема «экипаж-путь» даже после упрощений имеет много (10-40) степеней свободы и при сложных характеристиках связей система дифференциальных уравнений оказывается нелинейной. Интегрирование таких сложных систем возможно только с применением вычислительных машин. Однако многие частные задачи желательно разрешать в аналитической форме, которая дает более ясное представление о связях искомого результата с параметрами системы. В этих случаях предварительные исследования ведутся на упрощенных расчетных схемах, а полученные результаты уточняют более сложными расчетами и экспериментами.
Систему «экипаж–рельсовый путь» и ее составные части мы будем рассматривать в основном с позиций теоретической механики (на основе составления систем дифференциальных уравнений движения с соответствующими уравнениями геометрических и кинематических связей).
К основным задачам кинематики рельсовых экипажей относятся:
1. описание движения экипажа и его составных частей как элементов механической системы тел, которые совершают сложные взаимосвязанные движения в различных системах отсчета;
2. определение кинематических характеристик движения экипажа в целом и его составных частей.
К первой основной задаче динамики рельсовых экипажей относятся вопросы исследования малых колебаний относительно положения устойчивого равновесия (установившихся режимов) и вопросы устойчивости этих колебаний (устойчивость в малом).
Ко второй основной задаче относятся вопросы динамического взаимодействия составных частей в системе «экипаж–рельсовый путь» при движении по различным участкам пути и определение сил этого взаимодействия (динамическая нагруженность экипажа). Сюда же относятся задачи исследования движения экипажа в критических и аварийных ситуациях (исследование устойчивости в большом).
