Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время расширяются работы по проектированию и строительству монорельсовых дорог в различных регионах нашей страны. Ходовые тележки монорельсового транспорта, основу которых составляют колеса на пневмошинном ходу, нередко испытывают вертикальные колебания, которые передаются на конструкцию вагона и пассажиров. Поэтому при проектировании подвижного состава монорельсового транспорта возникает задача определения возможности затухания вертикальных колебаний, вызванных различными случайными возмущениями опорной тележки без применения дополнительных конструктивных элементов (демпферов). Большое значение на этом этапе приобретает возможность количественного учета влияния отдельных факторов на динамические свойства различных конструктивных элементов, что обусловливает необходимость проведения научных исследований по разработке и обоснованию соответствующих моделей качения колеса, которые позволяли бы количественно учитывать значения сил сопротивления. Отсюда следует, что проблема исследования и эффективного использования динамических свойств направляющих колес при вертикальных колебаниях ходовых тележек монорельсового транспорта является весьма актуальной для обеспечения безопасности движения, плавности хода и комфортности перевозки пассажиров.
Важнейшей функцией направляющих колес является поддержание движения подвижного состава монорельсового транспорта в определенном направлении. Однако они могут эффективно использоваться и для снижения влияния вертикальных колебаний тележки на динамику подвижного состава.
Основные сложности, возникающие при количественной оценке динамических свойств направляющих колес, связаны с тем, что здесь определяющее значение приобретают характеристики колеса, движущегося принудительно под углом к его срединной плоскости. Для надежного определения динамических свойств направляющих колес при вертикальных колебаниях тележки необходимы расчетные математические модели, которые позволяли бы на этапе проектирования количественно оценить их влияние на характеристики движения ходовых тележек монорельсового транспорта в вертикальной плоскости.
Исследование динамических свойств направляющих колес модельным путем невозможно заменить другими методами, так как только моделирование этих процессов позволяет оценить устойчивость конструкции ходовых тележек к различным возмущающим факторам внешней среды.
Работа выполнялась в соответствии с договором №1-06 «О научно-техническом и педагогическом сотрудничестве Орловского государственного технического университета (ОрелГТУ) и Самарского государственного университета путей сообщения (СамГУПС) на 2006-2010 г.г. по повышению динамического качества транспортной техники и энергетических установок».
Цель работы – повышение эффективности проектирования конструкций монорельсовых транспортных систем.
Задачи исследования:
1. Исследовать особенности принудительного движения упругого колеса по абсолютно жесткой опорной поверхности.
2. Предложить математическую модель движения упругого колеса по абсолютно жесткой опорной поверхности, позволяющую предварительно оценить на этапе проектирования динамические свойства направляющих колес монорельсового транспорта.
3. Установить возможные направления движения упругих колес по жесткой опорной поверхности при их произвольном нагружении относительно плоскости колеса, а также получить решение обратной задачи: как по известному направлению качения колеса определить величину и направление действующей на него силы.
4. Экспериментально определить параметры предложенной математической модели движения упругих колес.
5. Показать возможность эффективного использования предложенной модели при проектировании новых конструкций опорных устройств монорельсовых транспортных систем для количественной оценки влияния направляющих колес на динамику ходовых тележек при вертикальных колебаниях.
Объект исследования – ходовые и направляющие колеса тележек монорельсового транспорта.
Предмет исследования – силы сопротивления движению колеса при его принудительном перемещении по опорной поверхности в направлении под углом к его срединной плоскости.
Методы проводимых исследований
Теоретические исследования выполнены на основе классических методов расчета динамических систем с линейными и нелинейными упругопластическими элементами, методов математического моделирования, основных методов теории колебаний, численных методов решения дифференциальных уравнений, статистических методов обработки и анализа результатов наблюдений.
Научная новизна работы:
1. Предложена математическая модель, позволяющая исследовать кинематические и динамические характеристики принудительного движения пневмошинного колеса по абсолютно жесткой опорной поверхности.
2. Предложена научно обоснованная методика определения сил сопротивления, действующих на упругое колесо, при известных направлениях его движения по абсолютно жесткой опорной поверхности.
3. Установлено влияние направляющих колес на динамику ходовых тележек, что позволяет повысить точность расчета параметров надежности и безопасности движения на этапе проектирования монорельсовых транспортных систем.
4. Получена зависимость, позволяющая производить рациональный выбор значения силы прижатия направляющих колес при различной интенсивности начального возмущающего воздействия.
Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач исследования, обоснованностью используемых теоретических положений, допущений и ограничений, применением апробированных аналитических и численных методов исследования и анализа и подтверждается согласованностью теоретических результатов с экспериментальными, внедрением предложенной математической модели в практику проектирования монорельсовых транспортных систем в ОАО «Самараэкотранс».
Теоретическую значимость и практическую ценность работы составляют:
- математическая модель принудительного движения упругого колеса по абсолютно жесткой поверхности,
- методика определения сил сопротивления, действующих на упругое колесо, при известных направлениях его движения по абсолютно жесткой опорной поверхности.
Реализация результатов работы. Результаты, полученные в ходе исследования:
- были положены в основу при выполнении работ в ОАО «Самараэкотранс» по оптимизации конструкции ходовых тележек монорельсового транспорта;
- использованы открытым акционерным обществом «Самараэкотранс» при разработке «Программы развития пассажирского транспорта Самарской области до 2015 года».
На защиту выносятся:
1. Математическая модель принудительного качения пневмошинного колеса по абсолютно жесткой опорной поверхности для определения сил сопротивления на основе использования контура нагружения.
2. Методика определения сил сопротивления, действующих на упругое колесо, при известных направлениях его движения по абсолютно жесткой опорной поверхности.
3. Зависимость, позволяющая производить рациональный выбор значения силы прижатия направляющих колес при различной интенсивности начального возмущающего воздействия.
4. Результаты экспериментального определения параметров предложенной математической модели движения упругого колеса с уводом по абсолютно жесткой опорной поверхности.
Апробация работы. Результаты исследований, составляющих основное содержание работы, докладывались и обсуждались на: V Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса», г. Самара, СамГУПС, 2009; Международной научно-практической конференции «Наука и образование транспорту», г. Самара, СамГУПС, 2009; Всероссийской научно-практической конференции «Современные наукоемкие инновационные технологии», г. Самара, Самарский научный центр РАН, 2009; научно-практической конференции «Обеспечение безопасного функционирования автомобильного транспорта в Самарской области», г. Самара, СамГУПС, 2009; II Международной научно-практической конференции «Наука и образование транспорту», г. Саратов, СТЖТ, 2010; рассмотрены и одобрены на заседании кафедры КиПДЛА, СГАУ, 2010 г.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 5 печатных работ, в том числе – две работы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 114 наименований, четырех приложений и содержит 111 страниц основного теста 47 рисунков 4 таблицы.
