Содержание к диссертации
Введение
1. Краткий обзор исследований в области динамики и динамической нагруженности железнодорожного подвижного состава 6
1.1. Обзор исследований в области динамики и динамической нагруженности подвижного состава 6
1.2. Моделирование сил сухого трения 17
1.3. Моделирование упругих тел 23
1.4. Тестирование пакетов компьютерных программ по динамике подвижного состава 26
1.5. Моделирование схода подвижного состава с рельс и аварийных ситуаций 30
1.6. Выводы по главе 1 32
2. Разработка математических моделей специализированных вагонов 34
2.1. Расчетная схема вагона с абсолютно твердым кузовом на тележках модели 18-100 (ЦНИИ-ХЗ) 34
2.2. Математическая модель колесо-рельс 51
2.3. Состав, структура и функциональные возможности расчетного комплекса ADAMS 62
2.4. Создание конечно-элементной модели 67
2.5. Построение упругой модели кузова с использованием дискретных элементов 84
2.6. Выводы по главе 2 87
3. Исследование вертикальных колебаний упругого кузова специализированных вагонов 89
3.1. Собственные частоты и формы колебаний рам специализированных вагонов 89
3.2. Статическая нагруженность рам платформ 96
3.3. Вертикальные колебания кузова на рессорах 101
3.4. Увеличение жесткости кузова за счет предварительного натяжения рамы платформы 118
3.5. Выводы по главе 3 122
4. Результаты компьютерного моделирования движения длиннобазной платформы в криволинейных участках пути и их сопоставление с экспериментом 123
4. 1. Исследование динамики длиннобазной платформы в криволинейных участках пути 123
4.2. Сопоставление экспериментальных данных с расчетными 149
4.2. Выводы по главе 4 156
Список использованной литературы 160
Приложение 176
- Тестирование пакетов компьютерных программ по динамике подвижного состава
- Состав, структура и функциональные возможности расчетного комплекса ADAMS
- Увеличение жесткости кузова за счет предварительного натяжения рамы платформы
- Сопоставление экспериментальных данных с расчетными
Введение к работе
Актуальность работы. С целью повышения эффективности перевозочного процесса на железнодорожном транспорте и его конкурентоспособности ведутся работы по созданию новых и модернизации существующих конструкций грузовых вагонов. В условиях изменения структуры грузооборота, существует потребность в перевозках длинномерного листового проката и стальных труб, растет доля 40-футовых контейнеров. С целью удовлетворения возрастающего объема перевозок упомянутых грузов разрабатываются специализированные длиннобазные платформы.
Длина таких вагонов достигает 25-26 м, а база при этом равна 19-20 м. Некоторые модификации таких специализированных вагонов имеют большой статический прогиб рамы в средней части (до 60 мм под нагрузкой), следовательно, при таких деформациях растут динамические напряжения в конструкции, что может привести к их разрушению при циклических воздействиях. Опасным случаем является совпадение собственных частот изгибных колебаний рамы кузова и колебаний подрессоренной балки на рессорах тележки при движении по неровностям пути, т.е. возникновение явления резонанса. Помимо этого у специализированных длиннобазных вагонов существует опасность схода с рельсов, особенно при движении с малыми скоростями в кривых участках пути малого радиуса и на стрелочных переводах, что при небольшой продольной нагрузке (рывок или трогание с места) может привести к вкатыванию колеса на головку рельса. В связи с этим становится актуальным провести анализ с помощью компьютерного моделирования динамической нагруженности специализированных длиннобазных вагонов при движении в криволинейных участках пути.
Цели и задачи работы. Цель работы заключалась в исследовании собственных и вынужденных колебаний рам специализированных длиннобазных вагонов совместно с рессорным комплектом тележки при движении по криволинейному участку пути с неровностями путевой структуры.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решены следующие научные задачи:
разработаны уточненные математические модели, описывающие пространственные колебания специализированных длиннобазных вагонов с упругим и абсолютно твердым кузовом;
исследованы амплитудно-частотные характеристики платформ при проведении многовариантных численных экспериментов по исследованию влияния
упругости кузовов специализированных вагонов и нелинейных свойств фрикционных клиновых гасителей колебаний тележек модели 18-100;
- получены зависимости амплитуды прогиба рессорного подвешивания от сил трения в клиновых гасителях колебаний тележки при учете внутреннего трения в конструкции кузова;
определены динамические характеристики специализированных вагонов при движении по S-образным кривым радиусов: 350м, 650м, и 1200м;
оценены резонансные частоты и формы колебаний рам длиннобазных платформ;
предложен способ увеличения изгибной жесткости рамы платформы за счет создания предварительного натяжения рамы кузова и получены зависимости силы натяжения от статического прогиба и частоты вертикальных колебаний платформы на рессорах.
Предмет исследования. Объекты исследования - три опытных натурных образца длиннобазных платформ на тележках модели 18-100 производства вагоностроительных заводов России.
Методика исследований.
При разработке и анализе математических моделей были использованы:
классические методы аналитической механики и численного интегрирования систем дифференциальных уравнений второго порядка, описывающих пространственные колебания;
метод конечных элементов и метод динамической редукции.
Теоретические исследования динамической нагруженности специализированных длиннобазных платформ проводились на основе численных методов имитационного математического моделирования с применением сертифицированных программных комплексов MSC.ADAMS, MSC.NASTRAN и MSC.Patran.
Научная новизна работы. Разработаны уточненные математические модели пространственных колебаний трех конструкций специализированных длиннобазных вагонов с абсолютно твердым и упругим кузовом на тележках модели 18-100, описывающих вынужденные и собственные колебания при движении по криволинейным участках пути.
При разработке математической модели введены уточнения, расширяющие возможности более детального исследования динамической нагруженности специализированных вагонов. В разработанных автором компьютерных динамических моделях в отличии от известных решений учтены:
упругость кузова (учитывается изгиб и кручение рамы длиннобазных платформ);
продольная сила поезда, имитирующая рывок, трогание и соударение во время движения состава;
работа клинового фрикционного гасителя колебаний рессорного комплекта тележки, описанная непрерывной функцией силы трения, учитывающей работу гасителя в двух плоскостях (в пространстве);
силы и моменты трения в связях, которые вычисляются на каждом шаге интегрирования с использованием непрерывной функции силы трения (без разрывов), что позволяет значительно уменьшить число численных итераций на каждом шаге интегрирования во времени;
силы и моменты защемления корпуса буксы при взаимодействии с боковой рамой тележки;
зазоры в рельсовой колее, между корпусом буксы и боковиной, надрес-сорной балкой и боковиной, на скользунах и в пятниковом узле;
отрыв колеса от головки рельса, боковины от буксы, пятника от подпятника;
геометрическая путевая структура модели рельсового пути с упругим основанием;
нелинейная модель взаимодействия колесо-рельс с неэллиптическим и многоточечным контактом. При этом пятно контакта вычисляется по данным взаимодействия заданных профилей катания обода колеса и головки рельса с учетом их износа.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены корректностью применяемых автором математических методов и удовлетворительной сходимостью результатов расчета с экспериментальными данными.
Практическая ценность.
1. Разработаны методика и компьютерные модели для решения указанного комплекса актуальных задач для оценки динамической нагруженности вагонов, позволяющая:
производить оценку комплекса нормируемых динамических показателей выбранных специализированных вагонов при движении их в прямых и криволинейных участках пути;
осуществлять подбор рациональных параметров (геометрических, инерционных, жесткостных и фрикционных) характеристик элементов вагонов и его подвешивания;
выполнять комплексную оценку безопасности движения вагона по запасу устойчивости колеса против схода с рельсов и фактической величине подъема обода колеса на головку рельсов;
исследовать влияние, оказываемое различными дефектами и неровностями пути на динамические качества специализированного вагона посредством варьирования параметров периодических, локальных и случайных неровностей в плане и профиле.
2. В результате проведенных исследований:
определено влияние характеристик упругости кузова на основные динамические показатели ходовых качеств длиннобазной платформы;
даны рекомендации по эксплуатации длиннобазных платформ;
установлена значительная разница в показателях основных динамических процессов для упругого и абсолютно твердого кузов специализированных вагонов;
получены амплитудно-частотные характеристики рам специализированных платформ;
установлены основные динамические показатели, влияющие на безопасность движения специализированных вагонов в криволинейных участках пути.
Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены и обсуждены на научно-практических конференциях:
«Безопасность движения поездов» (2005 г., 2006 г., 2008 г., 2009 г.), МИИТ, г. Москва
«Trans-Mech-Art-Chem-2» (2004 г.), г. Днепропетровск (Украина)
«Trans-Mech-Art-Chem-4» (2006 г.), г. Москва
«Неделя науки 2004», МИИТ, Москва
«Форум MSC. Software 2006», Москва.
научно-техническом семинаре и заседании кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» МИИТа в 2005-2009 гг.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 печатных работ. В том числе одна работа в издании рекомендованном ВАК.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка использованной литературы и приложения.
Автор выражает признательность профессорам П.С. Анисимову, В.Н. Ко-туранову, В.Н. Филиппову, а также доцентам И.В. Плотникову и Ю.А. Шмыро-ву за ценные консультации при подготовке работы.
Тестирование пакетов компьютерных программ по динамике подвижного состава
В силу большого разнообразия и сложности программных продуктов, разработанных для моделирования динамики железнодорожного подвижного состава, повысился интерес к сопоставлению результатов работы отдельных пакетов в определенных тестовых ситуациях.
В исследовании, инициированном на семинаре по использованию программ твердотельного моделирования для решения задач динамики подвижного состава (1990 г.) и нашедшем отражение в работе [164] Кортума и Шарпа, опубликованной в 1993 г., рассмотрены компьютерные программы, разработанные для моделирования контакта колеса и рельса применительно к одиночной колесной паре и тележке. Паскаль предложил тестировать колесную пару, с тем чтобы несколько участников тестирования рассчитали поперечное смещение колесной пары под воздействием боковой силы величиной 20 кН и определили значение этой силы, при котором вероятен сход с рельсов. При тестировании тележки по методике, предложенной Киком и Паскалем, надлежало охарактеризовать поведение экипажа вагона во время его движения в прямом и кривом участках пути с разной скоростью. В этих экспериментах участвовали не все программы, но в ряде случаев были получены интересные результаты.
В ходе проведенного в Манчестерском университете метрополитена (Великобритания) тестирования [180] объектами исследований были два пассажирских вагона двух типов (четырехосный и двухосный) и путевые структуры четырех типов с неровностями. Это позволило сопоставить возможности программных пакетов компьютерного моделирования применительно к динамике железнодорожного подвижного состава в разных условиях. В данном случае моделирование выполнялось с помощью пяти основных пакетов (VAMPIRE, GENSYS, SIMPACK, ADAMS/Rail/MEDYNA и NUCARS). Одной из целей тестирования была попытка стимулировать железнодорожные администрации к принятию практики компьютерного моделирования с ис пользованием какого-либо известного отработанного и надежного программного пакета, а не изобретением собственного.
На выходе моделей для каждого исследуемого участка пути и вагона конкретного типа получены определенные результаты. Особый интерес представило моделирование ситуации риска схода с рельсов. Известно, что одним из наиболее существенных показателей, характеризующих данную ситуацию, является коэффициент запаса устойчивости, как соотношение боковой и вертикальной силы для каждого колеса. В криволинейном участке пути сходу обычно подвержено наружное колесо, поэтому рассчитывалось, например, отношение боковой и вертикальной силы для наружного колеса первой по направлению движения колесной пары вагона одного из исследуемых типов. Максимальная и потенциально опасная величина указанного отношения наблюдалась в месте искусственно созданного нарушения геометрии пути, предназначенного для исследования критических режимов работы рессорного подвешивания. Все пять пакетов показали близкие результаты.
В 2007 году ВНИИЖТ предложил тестовую задачу для сравнения существующих математических моделей вагонов в различных программных комплексах. Это Medyna, Универсальный механизм (МИИТ, БГТУ) и MSC.ADAMS. Математическая модель вагона на базе тележки модели 18-100 в расчетном комплексе MSC.ADAMS используемая в тестировании была разработана в МИИТе автором данной диссертационной работы под руководством профессора, доктора технических наук Петрова Г.И. Более подробно о данной математической модели изложено во второй главе.
Целью тестового задания является проверка возможности программ математического моделирования движения рельсовых экипажей и положенных в основу их разработки компьютерных моделей достоверно оценивать силы взаимодействия в системе «колесо-рельс», износы, показатели безопасности движения по сходу с рельсов.
В качестве тестового задания предлагается рассчитать силы и показатели безопасности движения по участку пути, соответствующему плану пути скоростного полигона ВНИИЖТ Белореченская - Майкоп, для которого имеются опытные данные. В качестве экипажа выбран груженый до полной грузоподъемности и порожний полувагоны, установленные на тележки модели 18-100 с новыми профилями колес. Скорость при которой происходит моделирование процесса движения соответствует 80 км/ч. План участка пути показанный на рис. 1.6 включает две кривые радиусом 350 м с возвышением наружнего рельса 120 мм и 650 м с возвышением 140 мм. На каждом из кривых через 100 м от начала круговой кривой находится неровность в плане длинной 20 м с амплитудой 15 мм. Такая же неровность находится в прямой после выхода из второй кривой через 150 м после окончания переходной кривой. Расчет ведется для двух значений полного зазора в колее: 11 мм и 40 мм. В разных программных комплексах контакт колеса и рельса использовался как нелинейный, допускающий двухточечный контакт профилей. В качестве результатов моделирования представляются осциллограммы и табличные данные коэффициента запаса устойчивости колеса против схода с рельсов; рамная сила; боковая сила, действующая на рельс; коэффициент вертикальной динамики по прогибу рессорного комплекта; поперечное горизонтальное ускорение кузова в зоне пятниковых узлов. Результаты тестового компьютерного моделирования представлены в таблицах 1.1 и 1.2.
Состав, структура и функциональные возможности расчетного комплекса ADAMS
Теоретические основы компьютерного моделирования динамики системы твердых тел активно обсуждались в научной литературе начиная с 60-х годов. На основе исследований и методов, разрабатывавшихся в эти и последующие годы, создавались программные продукты, некоторые из которых стали коммерческими и приобрели широкую известность. В 1990 году в сборнике "Multibody System Handbook" [176] приводились сведения о программных продуктах для моделирования динамики многомассовых систем. Отдельная глава справочника была посвящена программе ADAMS (Automatic Dynamics Analysis of Mechanical Systems) - одной из первых версий программного обеспечения, разработанного фирмой (MDI) Mechanical Dynamics Inc.
Данный программный комплекс используется крупнейшими авиакосмическими, автомобилестроительными, машиностроительными отраслями про-мышленностями. Среди преимуществ, предоставляемых пользователям пакета, — возможности интеграции пакета с наиболее популярными CAD/CAM/CAE системами (Pro/Engineer, SolidWorks, SolidEidge, CATIA, Autocad), системами конечно-элементного анализа (MSC.Nastran, ANSYS, ABAQUS, I-DEAS), универсальными системами компьютерного моделирования твердотельных систем (MSC.EASY5, MATLAB, MATRIXx). В состав пакета входят специализированные модули, предназначенные для разработки и анализа сложных механических систем: автомобиля и его отдельных узлов (ADAMS/Car, ADAMS/Tire, ADAMS/Engine), железнодорожных транспортных средств (ADAMS/Rail), подвески самолетного шасси (ADAMS/Aircraft). Открытая архитектура пакета позволяет пользователю самостоятельно разрабатывать различные подпрограммы на языках C++ и Фортран. Пакет локализован на всех основных существующих компьютерных платформах (Windows, Unix и Linux).
Являясь, как пакетом для проведения исследования работоспособности концептуальных прототипов механических систем, так и интегрирующей средой разработки, исследования, оптимизации и идентификации сложных механических и мехатронных систем MSC.Adams представляет мощный инженерно-исследовательский инструмент. Он позволяет анализировать динамику систем тел, находящихся под действием внешних задаваемых сил и реакций внешних и внутренних связей, а также приводов, описываемых дополнительными дифференциально-алгебраическими соотношениями, управляемых алгоритмами и модулями, предназначенными для управления физическим устройством.
Для задания движения твердого тела используются инерциальные глобальные координаты его центра масс и углы Эйлера. По умолчанию ориентация определяется последовательными поворотами вокруг главных центральных осей тела. Выбор одной из 24-х систем углов Эйлера должен быть сделан в процессе сборки модели, перед началом симуляции. Как известно из курса теоретической механики необходимость смены системы эйлеровых обобщенных координат, связана с вырождением матрицы связи проекций вектора угловой скорости на ортогональные оси и обобщенных скоростей.
Например, в случае системы углов для проекций на оси связанные с телом и обобщенных скоростей ф,в,ф:
Для решения дифференциальных уравнений в расчетном комплексе используются следующие методы численного интегрирования: Гира (C.W. Gear) — эффективно работает с жёсткими системами дифференциальных уравнений [148, 149]. Особенности: используются обратные формулы дифференцирования, установленные коэффициенты для предсказания и исправления ошибки.
Виленга (Wielenga). Разработан для жестких систем дифференциальных уравнений [181]. Особенности: используются обратные формулы дифференцирования, переменные коэффициенты для предсказания и исправления ошибки.
Адамса-Башфорта-Мултона (Adams-Bashforth-Adams-Moulton). Интегратор предназначен для нежестких незатухающих систем [178]. Использования метода Adams-Bashforth для предсказания, метода Adams-Moulton для исправления.
Рунге-Кутты-Фельберга (Runge-Kutta-Fehlberg) [184]. Прежде всего, разработанный, чтобы решить нежесткие и средне жесткие уравнения, когда производные оценки не велики. Особенности: используется метод единст венного шага, что не обеспечивает достаточную точность по сравнению с другими методами.
В данной работе для моделирования движения специализированного вагона в криволинейных участках пути использовался метод Гира, который показал удовлетворительную точность за меньшее затраченное время расчета на ЭВМ.
Увеличение жесткости кузова за счет предварительного натяжения рамы платформы
Для увеличения жесткости рамы платформы предлагается оборудовать раму платформу стягивающими стержнями. Подобные решения были использованы в кузовах пассажирских вагонов постройки 30-х годов XX века [28]. Чтобы определить требуемую силу натяжения стрежней, прогибы рамы платформы в средней части, собственные частоты вертикальных колебаний платформы была разработана расчетная динамическая модель платформы с упругим кузовом (модальная модель) на рессорах со стягивающими стержнями. На расчетной схеме (рис. 3.29) показана упругая модель рамы платформы на рессорах, а также сила натяжения платформы Р на расстоянии h от оси платформы. По результатам многовариантных компьютерных расчетов составлена таблица зависимостей статического прогиба рамы и вертикальной частоты колебаний платформы от силы натяжения рамы для порожнего, среднена-груженного и груженого режимов при h=500 мм. (Таблица 3.3) Таким образом, чтобы уменьшить прогиб рамы платформы необходимо оборудовать платформу стягивающими стержнями, момент натяжения платформы будет прямо пропорционален силе натяжения и расстоянию h от оси платформы.
Оптимальная сила натяжения для платформы составляет 250-300 т. Графики зависимости силы натяжения платформы от статического прогиба и от частоты вертикальных колебаний рамы платформы на рессорах показаны на рис. 2.30 и 2.31 соответственно. Целесообразна установка регулировочного устройства натяжения рамы платформы позволяющего изменять натяжение стержней в зависимости от загрузки вагона. 1. Найдены собственные частоты и формы низших колебаний различных типов платформ. 2. Используя МКЭ были определены значения прогибов балок рам платформ при эксплуатации в порожнем и груженом состоянии. 3. Построены АЧХ различных типов платформ при колебании рамы платформы на рессорах. 4. Выведена зависимость амплитуды вертикальных колебаний рамы платформы от коэффициента трения в фрикционном клиновом гасителе колебаний тележки модели 18-100 и от сил внутреннего трения самой конструкции рамы. 5. Построены графики зависимости сил трения в фрикционном клиновом гасителе колебаний от частоты колебаний и различном коэффициенте трения на поверхности клина гасителя колебаний. 6. Определены диапазоны частот вертикальных и горизонтальных колебаний вагона платформы при движении с различными скоростями с периодическими или случайными неровностями путевой структуры, были построены амплитудные спектры данных видов неровности в зависимости от скорости движения. 7.
Были найдены резонансные частоты для различных моделей платформ. 8. В качестве мер по увеличению жесткости рамы платформы предложено оснастить раму платформы стягивающими стержнями для осуществления предварительного натяжения рамы платформы, а также на основе динамических расчетов была определена оптимальная сила натяжения, которая составляет 250-300 т на расстоянии 500 мм от оси рамы платформы. В качестве основного показателя, определяющего безопасность движения в прямых и кривых участках пути было принято минимальное значение коэффициент запаса устойчивости от схода колеса с рельса (показатель безопасности движения). Коэффициент запаса устойчивости колесной пары против схода с рельса определяется из [84]: где /?— угол наклона образующей конусообразной поверхности гребня колеса с горизонталью; /л - коэффициент трения на поверхности колеса и рельса; Рв - вертикальная нагрузка колеса; Рб - боковое усилие взаимодействия гребня колеса и головки рельса; [Кус]- допускаемое значение коэффициента запаса устойчивости (для грузовых вагонов [Кус] = 1,4 в соответствии п. 3.4.3 [84]). При проведении расчетов определялись экстремальные значения динамических параметров вагонов: - углы набегания колес на головку рельса; - рамные силы; - боковые силы; - коэффициенты вертикальной динамики колес. Объектом моделирования является длиннобазная платформа для перевозки контейнеров (тип 3). Ниже приводятся графики зависимости основных динамических процессов при движении платформы как в порожнем так и в груженном состоянии в S-образных кривых радиусом 350, 650 и 1200 м с возвышением наружного рельса 100 мм при движении на скоростях 5, 10, 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140 и 160 км/ч, а также сопоставления различных моделей — упругого и абсолютно твердого кузова платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров. Для груженого режима предполагается нагруженность двумя 40-футовыми контейнерами. Осциллограммы основных динамических процессов при движении платформы в кривых участках пути, а также сопоставление результатов моделирования для упругого и абсолютно твердого кузова даны в приложении. скорость, км/ч —Ф—упругий-порожний —S—упругий-груженый j .V порожний — —груженый Рис. 4.1. Коэффициент запаса устойчивости На рис. 4.1-4.5 представлены графики зависимости основных динамических процессов при движении по абсолютно ровному пути в S-образной кривой радиусом 350 м с возвышением наружного рельса 100 мм. Равновесная скорость в данной кривой составляет 65 км/ч. Для груженого режима происходит сход вагона с рельсов при скорости свыше 100 км/ч, а для порожнего режима схода зафиксировано не было.
Сопоставление экспериментальных данных с расчетными
Качественная оценка разработанных моделей грузовых вагонов на базе тележки модели 18-100 осуществлялась путем сравнения результатов расчета с экспериментальными данными, полученными по результатам комплексных динамических испытаний платформы модели проведенных ФГУП "ЦКБ ТМ" на полигоне Белореченская - Майкоп. Сравнение производилось по динамическим процессам, зарегистрированным: в кривой радиусом 350 м (при движении со скоростями 5- 80 км/ч) и в кривой радиусом 500 м (при движении со скоростями 20 100 км/ч), в порожнем и груженом режиме с осевой нагрузкой 8.5 тс и 24.65 тс. При сравнении учитывались следующие динамические показатели: - коэффициент запаса устойчивости колеса от вкатывания на головку рельса; - коэффициент вертикальной динамики по раме тележки; - рамные силы. Расчеты выполнялись при заданных вертикальных и боковых неровностях пути в плане и профиле (численных реализациях снятых на натурной линии). Цифровые реализации этих неровностей были предоставлены отделением комплексных испытаний (КИ) ВНИИЖТа. Принятые осциллограммы неровностей представлены на рис. 2.19-2.21. По полученной в результате испытаний статистической информации были построены линии максимальных (рамная сила, коэффициент вертикальной динамики рамы тележки) и минимальных (коэффициент запаса устойчивости) значений показателей с последующим наложением на них результатов расчета.
Графическое отображение сопоставления экспериментальных и расчетных данных при движении порожней и груженой платформы в кривых радиуса 350м и 500м приведено на рис. 4.31. - 4.42. Как видно из этих рисунков полученные результаты показали удовлетворительное соответствие с экспе риментальными данными, что свидетельствует о достоверности разработанной математической модели. 1. Были построены графики зависимости основных динамических процессов при движении платформы как в порожнем так и в груженном состоянии в S-образных кривых различного радиуса при движении со скоростями 5-160 км/ч, а также сопоставления различных моделей - упругого и абсолютно твердого кузова платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров. 2. Оценивались основные динамические показатели, влияющие на безопасность движения платформы. 3. Определены скорости движения платформы в кривых участках пути при которых обеспечивается безопасность движения. 4. Производилось сравнение математических моделей платформ с упругим и с абсолютно твердым кузовом, в результате можно сделать вывод, что упругость кузова улучшает основные динамические показатели длиннобаз-ных вагонов за счет податливости при скручивании рамы и гашения колебаний самой конструкцией рамы и сил внутреннего трения. Для упругого кузова платформы коэффициента запаса устойчивости колеса выше на 30-45 %, коэффициента вертикальной динамики колеса ниже на 20-30 %, угол набегания колесной пары ниже на 2-5%, а на скоростях движения свыше 60 км/ч рамные и боковые силы действующие на колесо ниже на 5-10% по сравнению с абсолютно твердым кузовом. 5.
Выполнен сравнительный анализ полученных расчетных данных с экспериментальными, на основании чего можно сделать вывод о достоверности разработанной модели. 1. В последнее время возникла проблема создания длиннобазных вагонов, и связанные с ней вопросы по обеспечению безопасности движения такого подвижного состава в криволинейных участках пути. Для решения задач, связанных с принятием технических решений по конструкциям вагонов были разработаны уточненные математические модели пространственных колебаний специализированных длиннобазных вагонов с учетом упругости кузова. 2. Разработанные математические модели позволяют исследовать динамические процессы при движении специализированных вагонов в прямых и криволинейных участках пути с неровностями рельсовых нитей в плане и профиле с учетом износа профиля и дефектов поверхности катания колеса и рельса, а также износов элементов тележки. 3. Достоверность разработанных моделей с упругими кузовами подтверждена удовлетворительной сходимостью полученных расчетных данных с результатами экспериментальных исследований натурного образца специализированной длиннобазной платформы. 4. При проведении исследований собственных и вынужденных колебаний специализированных вагонов были найдены собственные частоты и формы колебаний рам длиннобазных платформ, получены их амплитудно-частотные характеристики, зависимости амплитуд прогибов от сил трения в клиновом гасителе колебаний тележки и внутреннего конструктивного трения конструкции рамы платформы. 5. Анализ зависимостей основных динамических показателей (коэффициент запаса устойчивости колеса, коэффициент вертикальной динамики колеса, угол набегания колесной пары, боковые силы действующие на колесо, рамные силы) при моделировании движения платформы с различными ско-ростми в криволинейных участках пути показал, что: - динамические показатели платформы для тележки не имеющей износов в порожнем состоянии значительно хуже, чем в груженом; - упругость кузова улучшает основные динамические показатели длин нобазных вагонов за счет податливости при скручивании рамы и гашения ко лебаний самой конструкцией рамы и сил внутреннего трения. Для упругого кузова платформы коэффициента запаса устойчивости колеса выше на 30-45 %, коэффициента вертикальной динамики колеса ниже на 20-30 %, угол на бегания колесной пары ниже на 2-5%, а на скоростях движения свыше 60 км/ч рамные и боковые силы действующие на колесо ниже на 5-10% по срав нению с абсолютно твердым кузовом. 6. На основе выполненных исследований установлено: - при конструировании новых тележек для специализированных длин-нобазных вагонов необходимо подбирать жесткость рессор так, чтобы избежать совпадения балочных собственных частот колебаний рамы, частот колебаний кузова на рессорах с частотами возмущающих воздействий со стороны пути; - для обеспечения безопасности движения специализированных вагонов улучшать эффективность гашения вертикальных колебаний как в порожнем и груженом режимах. Обеспечить постоянный коэффициент трения 0,3-0,4 между трущимися поверхностями в клиновом гасителе колебаний тележки модели 18-100; - при конструировании новых моделей рам специализированных вагонов обеспечивать требуемую изгибную жесткость конструкции рамы платформы, чтобы прогиб рамы платформы в средней части не превышал прогиб рессорного комплекта тележки, а также податливость при кручении рамы. Обеспечить эффективное гашение колебаний конструкцией рамы платформы, оснастив раму платформы фрикционными, торсионными или другими видами гасителей. 7. Проведенные исследования показали, что для уточненных моделей с упругим кузовом обязателен учет двух видов колебаний рамы платформы — изгиб и кручение. Так же для сокращения времени расчетов и не снижении точности результата рационально использовать упругую дискретную модель рамы платформы, состоящей из 12 твердых тел вместо КЭ модели.
