УДК 629.4.015:625.031.3
В.Г. Рубан, В.М. Рубан
Моделирование движения трехосной тележки в круговых кривых
Тез. докл. 59-й вуз. научно-техн. конф. профессорско-преподав. состава "Транспорт-2000" / РГУПС, Ростов н/Д, 2000, с.126 .
Определение сил взаимодействия колес и рельсов при движении локомотивов в кривых участках пути является одной из задач определения динамических качеств железнодорожных экипажей. Известно, что силы в кривых имеют квазистатический характер и могут быть определены из рассмотрения установившегося движения экипажа в круговой кривой – вписывания экипажа в кривые.
В классическом варианте эта задача сводится к рассмотрению одиночной тележки без учета упругих связей. Даже в такой упрощенной постановке возникает необходимость решения нелинейной системы двух уравнений.
Современные требования к конструкции экипажей и задачи модификации существующих локомотивов приводят к необходимости детального исследования влияния всех связей экипажа на результаты вписывания в кривые. В частности для трехосной тележки одним из вариантов снижения сил в кривых является выбор характеристик упругих связей колесных пар и использование рациональной величины свободного разбега средней оси. Рассматривается подход, при котором возможно решение задачи вписывания локомотива в кривые с использованием обобщенной модели, учитывающей упругие нелинейные связи колесных пар с рамой тележки.
Модель описывает равновесие в горизонтальной плоскости трехосной тележки с упругими поперечными и угловыми связями колесных пар с рамой. Связи в общем виде имеют нелинейный характер. В частности, описаны кусочно-линейные характеристики со свободным ходом, характеристики преднатяга и ограничения перемещения. Действие кузова на тележку заменено поперечной силой и моментом, зависящими
от радиуса кривой и поворота тележки. В качестве среды моделирования использован пакет MATLAB. Блочная структура пакета позволяет наращивать размерность модели и составить ряд моделей для различных вариантов схем экипажной части. Для решения нелинейных систем алгебраических уравнений, описывающих установившееся движение в круговой кривой, применен стандартный метод минимизации, входящий в пакет MATLAB.В качестве объекта исследования выбран локомотив 2ТЭ10. Расчеты проведены для кривых радиусами от 100 до 400 м, при максимальной скорости, соответствующей непогашенному центробежному ускорению 0,8 м/с
2.Полученные результаты показывают, что при свободном поперечном перемещении средней колесной пары относительно рамы тележки, что соответствует традиционному подходу, направляющие силы на первой колесной паре составляют 105 кН. Кривые радиусом менее 150 м тележка проходит в положении наибольшего перекоса, а кривые 150 … 350 м – в промежуточном положении. Для достижения таких условий перемещение средней колесной пары составляют, соответственно, 20…30 мм и 5…20 мм. Что трудно осуществимо на практике.
При учете упругой связи средней колесной пары с рамой с жесткостью более 8 МН/м результаты отличаются от традиционных. Так, в крутых кривых средняя колесная пара прижата к внутреннему рельсу, что снижает направляющие силы на третьей колесной паре, но увеличивает направляющие силы на первой на 15…20%. При этом возрастают рамные силы.
Выбор рациональных параметров жесткости связи средней колесной пары с рамой тележки (2 МН/м) и свободного разбега (до 7 мм) позволяет снизить направляющие силы и обеспечить приемлемые поперечные перемещения колесных пар в крутых кривых.