Разработка методов аналитического конструирования квазиинвариантных систем рессорного подвешивания железнодорожных экипажей

• Автор: Николаев, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 371 с. : ил

Введение.

1. Состояние проблемы. Цель и задачи работы.

1.1. Железные дороги России в году, актуальные проблемы

и задачи железнодорожного транспорта

1.2. Безопасность движения поездов на железных дорогах России, технические пути ее повышения.

1.3. Тяговое обеспечение перевозочного процесса.

1.4. Причинноследственная связь процессов в системе колесорельс

с проблемой повышения ресурса ее элементов

1.5. Анализ методов виброзащиты железнодорожных экипажей

1.5.1. Снижение виброактивности источника возмущений в системе экипаж путь.

1.5.2. Виброизоляция и основные тенденции развития конструкций экипажной части магистральных локомотивов.
1.5.3. Требования к конструктивным параметрам и характеристикам связей тележки с кузовом и колесными парами.
1.6. Цель и задачи работы.
2. Разработка квазиинвариантных виброзащитных систем. Методы
их аналитического конструирования.
2.1. Предварительные замечания к проблеме.
2.2. Теоретические основы консфуирования инвариантных систем рессорного подвешивания.
2.3. Классификация виброзащитных средств, содержащих устройства с неустойчивым положением равновесия.
2.4. Методы расчета квазиинвариантных систем виброзащиты
2.4.1 Анализ известных методов расчета компенсирующих
устройств рессорного подвешивания локомотивов.
2.4.2. Расчет компенсирующего устройства для буксовой ступени рессорного подвешивания электровоза ВЛ
2.5. Аналитическое конструирование квазиинвариантной системы виброзащиты человека оператора
2.6. Исследование динамических свойств разработанной вазиинвариантной системы виброзащиты объекта.
2.7. Исследование влияния конструкционного трения на динамические свойства разработанной системы виброзащиты человека оператора
Выводы по главе 2.
3. Применение матричных методов и однородных координат для математического описания особенностей пространственных колебаний механических систем.
3.1. Необходимость и особенности исследования пространственных колебаний железнодорожных экипажей. Обоснование их расчетных
схем и математических моделей.
3.2. О проблеме исследования нелинейных колебаниях твердых тел
и явлениях пространственной неустойчивости
3.3. Проблемы автоматизации вывода уравнений многомерных механических систем.
3.4. Матричный метод определения направляющих косинусов и угловой скорости
3.5. Однородные координаты и их свойства
3.6. Однородная матрица композиции преобразований.
3.7. О выводе уравнений движения механической системы
с помощью однородных координат
Выводы по главе 3.
4. Методы исследования математических моделей. Быстрые и медленные движения динамической системы.
4.1.0 точных математических моделях и проблемах их инте1рирования
4.2. Нормализация уравнений движения динамических систем
4.3. Варианты введения малого параметра при нормализации уравнений.
4.4. Теорема А.Н. Тихонова. Вырождение на бесконечном интервале времени.
4.5 Вычисление постоянных времени для механической системы
поезд.
Выводы по главе 4.
5. Качественное исследование колебаний кузова экипажа, отнесенных к различным плоскостям симметрии.
5.1. Некоторые предварительные замечания о сущности рассматриваемого вопроса
5.2. Уравнения колебаний экипажа с высоким центром тяжести
5.3. Автопарамстрические колебания экипажа
5.4. Влияние диссипативных сил на поведение экипажа.
5.4.1. Исследование колебаний экипажа при вязком трении
5.4.2. Колебания экипажа при сухом трении
5.5. Вынужденные колебания экипажа с высоким центром тяжести
5.5.1. Вынужденные колебания экипажа при детерминированном возмущающем воздействии
5.5.2. Вынужденные колебания системы с диссипацией энергии
5.5.3. Исследование колебаний боковой качки и подпрыгивания кузова при наличии сил сухого трения.
5.6. Взаимодействие вынужденных колебаний подпрыгивания
и относа экипажа с высоким центром тяжести.
Выводы по главе
6. Оценка влияния квазиинвариантного рессорного подвешивания на динамические качества локомотива
6.1. Обоснование выбора возмущающих факторов для конструирования математических моделей динамической системы экипажпуть
6.1.1. Модели случайных возмущений рельсового пути.
6.1.2. О выборе характеристик пути при исследовании
колебаний железнодорожного экипажа.
6.1.3. Модели случайного возмущения для перспективных скоростей движения грузовых и пассажирских поездов.
6.2. Динамические свойства электровозов с типовым и квазиинвариантным рессорным подвешиванием
6.3. Исследование влияния квазиинвариантного подвешивания
на реализацию силы тяги электровоза
6.3.1. Влияние технического состояния колес и условий их контактирования с рельсами на реализацию силы тяги.
6.3.2. Тяговые и динамические свойства типового и модернизированного экипажей.
6.4. Определение экономически оптимального проскальзывания колесной пары по рельсам.
6.4.1. Состояние проблемы и постановка задачи
6.4.2. Алгоритм решения задачи оптимального управления методом приближенного вариационного исчисления, предложенного академиком Г.Е. Пуховым на решеткеграфе.
6.4.3. Алгоритм поиска оптимального проскальзывания колесной пары локомотива по рельсам.
Выводы по главе
7. Экспериментальные исследования динамических свойств железнодорожных экипажей и систем виброзащиты человекаоператора .
7.1. Натурные испытания динамических свойств локомотива с квазиинвариантным рессорным подвешиванием
7.1.1. Методика и место проведения эксперимента
7.1.2. Показатели динамических качеств серийного и опытного электровозов в вертикальной продольной плоскости симметрии.
7.1.3. Параметры горизонтальной динамики.
7.2. Экспериментальная оценка воздействия локомотивов на путь
7.3. Экспериментальные оценки квазиинвариантных систем виброзащиты человекаоператора.
7.3.1. Результаты исследований в НИИ гигиены труда и профзаболеваний АМН
7.3.2. Натурные испытания системы виброзащиты машиниста локомотива.
7.3.3. Оценка эффективности варианта системы виброзащигы водителя грузового автомобиля
7.4. Экспериментальные исследования динамических качеств полувагонов в порожняковых составах
7.4.1. Некоторые предварительные замечания о проблеме
8. Технико экономическая оценка эффективности разработанных решений
Заключение и общие выводы
Список литературы


При этом наиболее прогрессируют боковой износ рельсов и подрез гребней. Несмотря на то, что ежегодно при производстве ремонтов пути расходуется около 3 млн. Например, только на ЗападноСибирской железной дороге по состоянию на конец марта г. Дополнительно к прогрессирующему износу происходит накопление остаточных деформаций рельсовых скреплений, шпал и балластного слоя, что увеличивает основное сопротивление движению. Если учесть и рассеяние энергии в верхнем строении пути, то в целом сопротивление движению экипажа оказывается значительно выше обычно принимаемого при различных расчетах . В связи с тем, что удельный вес локомотивного и путевого хозяйств в общей сумме эксплуатационных расходов по сети железных дорог Российской Федерации в настоящее время составляет свыше , то из изложенного выше вытекает острая необходимость разработки методов и средств, предотвращающих срывы колесных пар локомотива на боксование. Другим, не менее важным членом неравенства 1. Р е
1. ФУ
коэффициент, учитывающий износ бандажа локомотива К, коэффициент, учитывающий состояние поверхностей контактирования и ток, протекающий через площадь контакта. Как отмечено в , даже в изолированной трибосистеме работа силы трения преобразуется в электрическую, т. В трибосистеме колесорельс выбитые электроны не могут вернуться на свои места, так как их место тут же занимают несвязанные электроны. Недостаток электронов в проводнике приводит к потере металлических связей в кристаллической решетке, се ослаблению и разрушению. Итак, формулы 1. ТЭД, увеличения нагрузки на ось и повышения коэффициента сцепления за счет подачи песка или применения активизаторов сцепления перспективное направление, разрабатываемое ростовской научной школой механиковтрибологов, а также интенсивно развиваемых методов поосного регулирования силы тяги, обеспечивающих оптимальное проскальзывание колеса по рельсу, главным, доминирующим способом является снижение амплитуды колебаний давления колеса на рельс, г. Как отмечено в , , сцепление колес транспортных средств с рельсами представляет собой весьма распространенный и специфический случай трения качения. С одной стороны, эта пара фения чаще всего оказывается под воздействием внешней производственной среды, климатических условий и конструктивных особенностей подвижного состава и пути во многом оп определяющих тяговые и тормозные усилия фанспортных средств, а с другой, она несет ответственность за безопасность движения и многие технические и экономические результаты работы железнодорожного транспорта в целом с учетом требований реализации болсс высоких и стабильных коэффициентов сцепления и снижения эксплуатационных расходов на восстановление и ремонт контактируемых тел вследствие их износа. В свете современных воззрений на природу взаимодействия твердых тел образование силы сцепления колеса и рельса представляется как кинетический процесс деформирования их материала под действием внешних и внутренних сил, возникающих на опорной поверхности при наличии загрязнений и пленок на рельсах рис. Рис. При каждом последующем обороте происходит передача нагрузки в разных точках опорной поверхности, вследствие чего меняются величина и направление взаимодействующих сил на опорной площадке. Известно, что каждый оборот колеса сопровождается циклическим приложением нагрузки, вызывающим упругие и пластические деформации материала бандажа и рельса. Поэтому упругие и пластические деформации являются многократными и ориентированными в разных направлениях. В результате возникают микропластические сдвиги некоторых невыгодноориентированных и перенапряженных зерен поверхностных слоев материала бандажа и рельса. Это обстоятельство особенно проявляется при наличии значительного проскальзывания колеса по рельсу. Поэтому по мере увеличения длительности работы подвижного состава, т. Таким образом, процесс деформирования поверхностных слоев контактирующих тел заключается в перемещениях их атомов и молекул и в движении различных видов дислокаций кристаллических решеток. Эти процессы происходят до срыва сцепления.