Разработка и реализация эффективных методик компьютерного исследования динамики и оптимизации параметров ходовых частей железнодорожных экипажей

• Автор: Ковалев, Роман Васильевич
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 114 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

БЛАГОДАРНОСТИ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ работ в области оптимизации динамических качеств

подвижною состава.

1.2. Анализ подходов к решению задачи параметрической оптимизации

1.3. Анализ программного обеспечения для моделирования динамики

подвижного состава.

2. ОПИСАНИЕ ПРИМЕНЯЕМЫХ АЛГОРИТМОВ, МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И ИХ ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ.

2.1. Общие положения.

2.2. Сканирование пространства параметров

2.3. Использование методов нелинейного программирования
2.4. Аппроксимация поверхности отклика.
2.5. Многокритериальная оптимизация метод анализа иерархий
2.6. Служба распределенных вычислений
2.7. Критерии оценки динамики экипажей и методика исследований.
2.7.1. Критерии оценки устойчивости движения железнодорожных
экипажей в прямых участках пути
2.7.2. Критерии оценки износа поверхностей катания колес и рельсов.
3. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ С ПОМОЩЬЮ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДИК И ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
3.1. Оптимизация параметров механизма радиальной установки
колесных пар для трехосной тележки магистрального локомотива.
3.1.1. Постановка задачи.
3.1.2. Критерии оптимизации
3.1.3. Иерархия критериев формирование и анализ.
3.1.4. Динамические качества сравнение с эталоном.
3.1.5. Выводы
3.2. Оптимизация параметров буксовых адаптеров для тележки типа
3.2.1. Постановка задачи.
3.2.2. Описание модели.
3.2.3. Критерии оценки динамики экипажей и методика исследований.
3.2.4. Показатели износа колесных пар в кривых участках пути.
3.2.5. Показатели устойчивости в прямых участках пути
3.2.6. Выводы
3.3. Сканирование и аппроксимация поверхности отклика сравнение результатов.
3.4. Выбор рационального профиля колеса грузовых вагонов
3.4.1. Состояние вопроса.
3.4.2. Постановка задачи.
3.4.3. Критерии оценки.
3.4.4. Параметризация профиля
3.4.5. Численное моделирование.
3.4.6. Полученные результаты.
3.4.7. Анализ критической скорости.
3.4.8. Анализ чувствительности решения.
3.4.9. Обсуждение основных положений методики
3.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Построение Парето-оптимального множества и выбор наиболее подходящего решения из этого множества. В заключение отмечается, что при решении задачи оптимизации ходовой динамики локомотива целесообразно воспользоваться вторым подходом, который позволяет при гарантированной оптимальности одного главного критерия качества поставить задачу в реальные рамки. В работе Э. П. Братчева [] построена математическая модель восьмиосного локомотива и найдены оптимальные параметры рессорного подвешивания. При оптимизации динамических качеств использов&зась интегральная оценка критериев качества, предложенная в []. Работы по параметрической оптимизации ходовой динамики конца -х -начала -х годов XX века времени выполнялись аналитически или с применением аналоговых вычислительных машин. В работах использовались плоские расчетные схемы, которые разделяли динамику на продольную, вертикальную и поперечную. Очертания профилей колес и рельсов и взаимодействие между ними учитывались, как правило, только для конических профилей или с использованием линеаризации профиля в точке контакта. В.А. Лазаряном и его учениками был выполнен ряд исследований, где учитывалась криволинейная форма профиля колес (]. В качестве критериев оценки динамических свойств экипажей, как правило, использовались ускорения кузова, в том числе с применением физиологического фильтра; перемещения кузова и тел системы; коэффициенты динамики элементов подвески, см. В середине -х годов в США, затем в Великобритании появились первые исследования ходовой динамики рельсовых экипажей в пространственной постановке с привлечением цифровых ЭВМ. Это исследования нелинейной математической модели шестиосного локомотива с степенями свободы [] и линейной модели шестиосного локомотива с степенями свободы []. В работе Г. С. Михальченко [] подробно рассмотрены критерии качества, принимаемые во внимание при разработке и испытаниях новых локомотивов. Эти критерии характеризуют следующие показатели: динамические качества и тяговые свойства локомотива, показатели надежности основных элементов ходовой части, экономические факторы, габаритные характеристики, технологические показатели, показатели унификации и стандартизации и патентоспособность конструкции. Остановимся подробнее на оценке показателей, характеризующих динамическое поведение подвижного состава. Отмечается, что основным динамическим критерием, определяющим безопасность движения локомотива, являются боковые силы, возникающие между колесом и рельсом. В настоящее время в качестве основного показателя горизонтальной динамики локомотивов принимают рамные силы, способы регистрации ко торых достаточно просты и надежны. Однако рамные силы в основном учитывают воздействие подрессоренных в горизонтальной плоскости масс, воздействие неподрессорснных масс остается неучтенным. В работах последнего времени большое внимание уделяется проблеме снижения износа колес и рельсов [, , 2]. Рассматриваются различные способы уменьшения износа в кривых: лубрикация колес и/или рельсов [, ]; применение механизмов радиальной установки колесных пар (РУКП) в кривых [], колесных пар с независимым вращением колес, одноосных тележек, колесных пар дифференциального вращения [5]. Критерии оценки износа 1ребней колесных пар подробно рассмотрены в []. К ним относятся: фактор износа, предложенный проф. С.М. Андриевским, равный произведению направляющей силы и угла набегания; работа и мощность сил трения на гребне; удельная работа сил трения на 1ребне и критерий износа гребней равный отношению времени контактирования гребня колеса и рельса к общему времени движения. Последний критерий вводится для оценки износа гребней колес в прямых участках пути, где происходит набегание гребней колес на рельсы. Параметрическая оптимизация как процесс поиска наилучших, с точки зрения некоторого критерия, значений параметров системы может решаться при помощи различных подходов. Во-первых, при помощи сканирования значений целевой функции в пространстве параметров. Поиск оптимального решения в данном случае сводится к выбору точки с наилучшим значением целевой функции.