Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ транспортных систем государств Азии . 9
1.1. Транспортные системы пассажирского рельсового транспорта стран Азии. 9
1.2. Транспортная система Республики Мьянма и перспективы её развития 22
1.2.1. Подвижной состав железных дорог республики Мьянма 25
1.2.2. Направления развития транспортной системы города Янгон. 27
ГЛАВА2. Анализ выполненных ранее работ и постановка задач исследования 30
2.1. Анализ работ по исследованию вертикальных колебаний 30
2.2. Анализ использование пневморессор в центральной ступени рессорного подвешивании железнодорожного подвижного состава и вагонов метрополитена 36
2.3. Цели и постановка задач исследования. 41
ГЛАВА3. Динамическая модель системы экипаж-путь для исследования колебаний в вертикальной продольной плоскости 43
3.1. Кинематическая схема и уравнения колебаний модели вагона метрополитена и рельсового пути тоннеля 43
3.2. Исходные данные для расчета 58
3.3. Выводы по главе 60
ГЛАВА4. Методика и результаты исследования вынужденных колебаний динамической модели вагона метрополитена 61
4.1. Методика исследования случайных вынужденных вертикальных колебаний динамической модели вагона метрополитена 61
4.2. Результаты исследования вынужденных случайных колебаний 74
4.3. Выводы по главе 83
Общие выводы по результатам работы 84
Список литературы
- Транспортная система Республики Мьянма и перспективы её развития
- Анализ использование пневморессор в центральной ступени рессорного подвешивании железнодорожного подвижного состава и вагонов метрополитена
- Исходные данные для расчета
- Результаты исследования вынужденных случайных колебаний
Транспортная система Республики Мьянма и перспективы её развития
Метро Дели строилось и управляется «Delhi Metro Rail Corporation Limited» (DMRC), принадлежащей государству компанией с равным количеством акций у правительства Индии и правительства Территории столицы Индии-Дели. Однако эта организация находится под административным контролем Министерства городского развития правительства Индии. Помимо строительства и эксплуатации Делийского метро DMRC также участвует в планирование и строительстве линий метрополитена, монорельсовой дороги и проектов высокоскоростной железнодорожной магистрали в Индии. DMRC обеспечивает консультационные услуги по разработке проектов метрополитенов в других городах страны, а также за границей [194].
Железнодорожный транспорт в Японии является основным средством перевозки пассажиров, как между большими городами, так и на пригородных линиях. Система железных дорог Японии по праву считается самой безопасной и пунктуальной в мире. Железные дороги буквально насквозь пронизывают Японию и, иногда, складывается впечатление, что практически до самой отдалённой деревушки можно доехать по железной дороге. Все железные дороги в Японии находятся в частном владении. В 1987 году государственная компания JNR была разделена на 6 компаний, ставших частными: Хоккайдо железнодорожная компания, Восточная японская железнодорожная компания, Центральный японская железнодорожная компания, Западная японская железнодорожная компания, Сикоку железнодорожная компания и Кюсю железнодорожная компания [193].
Железные дороги Японии имеют разную ширину колею. Из них 22313км Капской колеи (1067 мм), из которых 13280 километров электрифицировано; 3978 км Европейской колеи (1435мм), полностью электрифицировано; 96 км Шотландской колеи (1372мм), полностью электрифицировано; 48 км узкой колеи (762 мм), полностью электрифицированы. Основной колеёй на железнодорожной сети Японии является ширина колеи 1067 мм. Дороги для высокоскоростных магистралей строились с европейской колеёй -1435 мм. Железные дороги с другой шириной колеи распространены меньше и используются лишь там, где нет необходимости выхода на существующую железнодорожную сеть [193].
Японские железные дороги электрифицированы на постоянном токе с напряжением 1500 В и переменном токе с напряжением 20 кВ для обычных линий, а для высокоскоростных линий – 25 кВ. Некоторые частные линии электрифицированы на постоянном токе напряжением 600 В и 750 В. Частота переменного тока равна 60 Гц в западной части Японии и 50 Гц в восточной.
Пассажирские поезда в Японии можно разделить на четыре категории: местные электрички, электрички-экспрессы, поезда дальнего следования и сверхскоростные поезда «Синкансэн». Но это не официальная классификация. Первая железнодорожная линия длиной 28 км была открыта в 1872 г. между Симбаси (Токио) и Иокогамой (паровоз был британского производства). В ранний период модернизации в Японию приглашались иностранные технические специалисты для обучения японцев строительству и эксплуатации железных дорог. Это были в основном эксперты из Англии, Соединенных Штатов Америки и Германии. К 1900 г. была создана государственная сеть железных дорог, охватывающая всю страну. Бурная индустриализация в начале XX столетия оказала влияние на развитие железных дорог в стране. Все линии прокладывались в узкоколейном варианте.
После второй мировой войны железные дороги сыграли важную роль в возрождении промышленности Японии. Вскоре Япония стала на путь интенсивного экономического развития. В этом железные дороги также сыграли важную роль, осуществляя перевозки основной массы населения. Сейчас железным дорогам Японии свойственен высокий уровень технической оснащенности и управления. Согласно статистике, японские железные дороги перевозят около 22,63 миллиарда пассажиров каждый год. Это составляет в среднем 200 поездок на каждого японского жителя в год. Новая японская железнодорожная система скоростных суперэкспрессов «Синкансэн» привлекла мировое внимание со времени начала строительства линии Токайдо Синкансэн в 1960 г. Линия была пущена в октябре 1964 г. (накануне Токийской Олимпиады) и связала Токио с Осакой. Колея шириной 1435 мм не имеет уровневых пересечений, отличается плавностью поворотов и уклонов и предназначена только для перевозки пассажиров. Это позволяет поездам развивать скорость до 200 км/час. Впоследствии были построены другие линии Синкансэн, включая Санъё, Тохоку и Дзёэцу. Линии «поездов-пуль» сейчас составляют 2153,9 км, а поезда перевозят ежегодно около 275 млн. пассажиров. В 1997 г. Западно-японская железнодорожная компания ввела новый тип суперэкспрессов Синкансэн с максимальной скоростью 300 км/час. Их средняя скорость между станциями на 22 марта 1997 г. равнялась 261,8 км/час. В ноябре 1997 г. поезд новой модели «Нодзоми» прошел 1069 км, разделяющих Токио и Хакату, за 4 часа 49 минут. Центральная японская железнодорожная компания и “Фонд RTRI” (Железнодорожный технологический институт) уже много лет проводят эксперименты по испытанию поездов на магнитной «подушке», где используется принцип сверхпроводимости. Теоретически они могут развивать скорость 650 км/час. Эксперименты достигли решающей стадии в мае 1997 г. Если эта мечта станет реальностью, пассажиры смогут доехать от Токио до Осаки всего лишь за один час через горные районы Центральной Японии. Между тем железнодорожные пути для суперэкспрессов Синкансэн продолжают проникать в новые уголки страны. За 32 года работы экспрессов Синкансэн с ними никогда не случалось серьезных аварий. Они отправляются с интервалом в 5 или 6 минут каждое утро и каждый вечер. В крупных городских центрах пригородные поезда, связывающие их с соседними городами, проходят через один и тот же участок железнодорожного пути каждые 2–3 минуты [193].
Для перевозки пассажиров в городах в Японии имеется большое количество метрополитенов. Самым большим является метрополитен города Токио, длина которого в 1989 году составляла 211 километров с 205 станциями. Две линии этого метрополитена находятся в частном управлении. Девять линий управляются компанией «Метро Токио», а четыре линии находятся под управлением «Бюро Транспорта» столичного правительства. Самая старая линия Токийского метрополитена носит название (Ginza) и была построена в 1927 году. Отдаленные и пригородные районы столицы обслуживаются семью частными железнодорожными компаниями, линии которых пересекаются на крупнейших станциях с линиями метрополитена.
Анализ использование пневморессор в центральной ступени рессорного подвешивании железнодорожного подвижного состава и вагонов метрополитена
Опыт России и других стран показывает, что пневматическое подвешивание получило большее распространение на скоростном подвижном составе и подвижном составе, предназначенном для перевозки пассажиров. Это объясняется наличием ряда отмеченных выше преимуществ у пневмоподвешивания по сравнению с пружинным рессорным подвешиванием.
Чтобы ускорить разработку технических требований к вагону метрополитена для города Янгон, появляется необходимость выбрать схему и рациональные параметры рессорного подвешивания этого вида подвижного состава путем исследования его колебаний на математической модели.
При выполнении исследований будут определены зависимости показателей динамических качеств модели вагона метрополитена от скорости его движения. Полученные результаты позволят определить допустимую скорость движения модели вагона метрополитена с пружинным рессорным подвешиванием и с пневмо-подвешиванием.
Как отмечено выше, целью данной диссертационной работы является исследование колебаний динамической модели вагона метрополитена для выбора конструкции, схемы и параметров вертикальных связей кузова с рамой тележки по условию выполнения требований к уровню ПДК.
Для достижения поставленной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи: – проверка адекватности математической модели пневморессоры, описываю щей во временной области колебания груза на пневморессоре; – разработка пространственной (в смысле учета боковой качки) динамической модели экипаж-путь для вагона метрополитена с осевой формулой 20-20 и двумя конструкциями центральной ступени рессорного подвешивания; – составление системы дифференциальных уравнений, описывающих колебания подпрыгивания, галопирования и боковой качки кузова и тележек, а также подпрыгивания и боковой качки колесных пар для конструкции центральной ступени рессорного подвешивания с пневморессорой; – генерирование методом скользящего суммирования банка данных вертикальных эквивалентных геометрических неровностей для рельсового пути тоннеля метрополитена; – исследование во временной области вынужденных случайных колебаний модели вагона метрополитена с двумя конструкциями центральной ступени рессорного подвешивания; – выбор рекомендации по конструкции и параметрам рессорного подвешивания; – разработка пакета программ для исследования вынужденных случайных колебаний во временной области с определением зависимостей ПДК от скорости движения.
Кинематическая схема и уравнения колебаний модели вагона метрополитена и рельсового пути тоннеля
Как отмечено в 2.1, для решения поставленной в работе задачи необходима разработка пространственной кинематической схемы динамической системы экипаж-путь для вагона метрополитена с осевой формулой 20-20. Подобная обобщенная схема, когда в центральной ступени рессорного подвешивания можно использовать пружины и параллельно им установленные гидравлические гасители, а также пневморессоры, была разработана в [182]. В эту схему в данной работе внесены изменения, так как в модели вагона метрополитена в отличие от модели рельсового автобуса массы первой и второй тележек, их моменты инерции относительно осей уи х одинаковы. Это относится и к колесным парам тележек.
Измененная обобщенная кинематическая схема приведена на рисунках. 3.1. и 3.2. На этой схеме показана обобщенная механическая модель центральной ступени рессорного подвешивания. Здесь упругие элементы, ж21, ж21 и диссипативный элемент 2i относятся к схеме с пневматическим подвешиванием, а ж2 и 2- к схеме с пружинным центральным подвешиванием.
Как видно из этих рисунков кузов опирается на две двухосные тележки через центральную ступень рессорного подвешивания, а каждая из тележек через буксовую ступень на две колесные пары.
При разработке пространственной кинематической схемы динамической системы экипаж-путь были приняты следующие допущения:
Пространственная кинематическая схема модели вагона метрополитена (вид сбоку). - рассматриваются только колебания подпрыгивания, галопирования и боковой качки, при этом колебания подергивания, относа и виляния считаются условно несвязанными с ними и не учитываются; - все перемещения считаются малыми (по сравнению с линейными размерами тел); - величины жесткости и коэффициентов затухания приняты одинаковыми для соответствующих элементов рессорного подвешивания разных тележек и колесных пар; - упругие и диссипативные силы считаются действующими по оси соответствующего упругого и диссипативного элемента; - пружина и параллельный ей гидравлический гаситель считаются закрепленными в одной точке; - не учитывается жесткость в контакте колеса и рельса;
Исходные данные для расчета
Рассмотренные выше ПДК использовались в работе в качестве критериев сравнения использования в центральной ступени рессорного подвешивания проектируемого вагона метрополитена пружинного или пневматического рессорного подвешивания.
Для облегчения анализа полученных результатов в работе были определены собственные частоты колебаний математических моделей вагонов метрополитена с пружинным и пневматическим рессорным подвешиванием. При выполнении расчетов собственных частот для более правильного их разнесения по видам колебаний вначале были вычислены частоты парциальных колебаний. Результаты расчёта парциальных частот колебаний модели вагона метрополитена, разнесенные по видам колебаний приведены в таблице 4.2.
Из табл.4.2 видно, что у моделей вагона метрополитена с пружинным и пневматическим рессорным подвешиванием парциальные частоты колебаний кузова и тележек различны, так как жесткости пружины и пневморессоры отличаются на 40 % (ж2= 2174,2 кН/м, а ж21=1311,2 кН/м).
Для сложных систем, к которым и относятся исследуемые, наиболее подходящим методом определения собственных частот колебаний является QR– алгоритм Френсиса – Кублановской [78-80].
Этот метод, как известно, дает наиболее точные результаты. При использовании этого алгоритма собственные частоты определяют по собственным значениям матрицы А, составленной из коэффициентов системы уравнений с нулевой правой частью, описывающих свободные колебания исследуемых моделей вагонов метрополитена. Как отмечалось выше, при выполнении исследований системы уравнений приводились к форме Коши и был понижен их порядок. После понижения порядка данные матрицы размером 34x34 и 42 x42 могут быть представлены в виде четырех подматриц:
Значения собственных частот колебаний (Гц) модели вагона метрополитена с пружинным рессорным подвешиванием Элемент модели Вид колебаний Подпрыгивание Галопирование
По результатам расчетов оказалось, что резонансные скорости даже по колебаниям кузова находятся вне исследуемого диапазона скоростей v=40-100 км/ч. Для пружинного центрального подвешивания они находятся в диапазоне 115-207 км/ч, а для пневматического центрального подвешивания в диапазоне 100-176 км/ч. С другой стороны в результатах расчетов зависимостей ПДК от скорости движения должен проявить себя первый максимум аппроксимации спектральной плотности с частотой й?7=0, на который приходится 69,7% дисперсии эквивалентной геометрической неровности.
Результаты исследования вынужденных случайных колебаний
Как отмечено в 4.1 при решении поставленной в работе задачи необходимо вычислить для исследуемой модели вагона метрополитена зависимости значений ПДК от скорости движения. Полученные значения показателей качества необходимо сравнить с допустимыми значениями, которые регламентируются действующими нормами [77]. При этом определяется допустимая скорость движения [v] и проверяется выполнение неравенства [v] vк.
Допустимые значения ПДК для вагонов метрополитена, предназначенных, как и вагоны электропоездов для перевозки пассажиров, приняты в соответствии с [77] и приведены в табл.4.5.
Наряду с перечисленными выше можно отметить такой показатель качества, как максимальное перемещения мест установки автосцепки на кузове, что важно для вагонов метрополитена движущихся в тоннеле. Движение в тоннеле накладывает дополнительные ограничения на амплитуды колебаний кузова вагона метро.
Для вагонов метрополитена, где автосцепное устройство не только передает силу тяги, но и служит для электрического соединения вагонов, это требование более жесткое. Перед выполнением исследования вынужденных колебаний была выполнена проверка правильности составленных дифференциальных уравнений. При этом исследовались свободные колебания модели вагона метрополитена с пружинным и пневматическим центральным рессорным подвешиванием при задании начальных условий на различные обобщенные координаты этих моделей. Методика такой проверки подробно описана в [155] и здесь не приводится. Результаты выполненной проверки говорят о том, что в составленных системах уравнений имеются все предусмотренные связи и нет не предусмотренных.
В работе при исследовании вынужденных колебаний модели вагона метрополитена значения ПДК вычислялись в диапазоне скоростей движения от 40 до 100 км/ч с шагом Av=10 км/ч.
Результаты выполненных исследований в виде графиков зависимости ПДК от скорости движения v приведены на рисунках 4.1 - 4.5. Как видно из приведенных графиков, значения ПДК модели вагона метрополитена, как с пружинным, так и с пневматическим рессорным подвешиванием не превышают своих допустимых значений до скорости движения у=100км/ч. Как было отмечено выше, в результатах расчетов зависимостей ПДК от скорости движения должен был проявить себя первый максимум аппроксимации спектральной плотности эквивалентной геометрической неровности GV((D) с частотой максимума й?7=0, на который приходится 69,7% дисперсии неровности. Из приведенных рисунков видно, что особенно этот максимум проявился в диапазоне скоростей v= 60-70 км/ч на зависимостях Сіа(\), їк2 (v) и Km3A(v) как для пружинного, так и для пневматического центрального рессорного подвешивания.
Результаты исследования вынужденных случайных колебаний
Спектральные плотности процессов, определяющих рассматриваемые в работе показатели динамических качеств (zкj2 Zк1 2 1-4 и бі-8) в качестве примера приведены для скоростей 40,60 и 90 км/ч в Приложении.
Из рисунков 4.1 - 4.4 видно, что модель с пневматическим центральным рессорным подвешиванием, как и следовало ожидать, имеет лучшие показатели по сравнению с пружинным подвешиванием. Так, например, на (рисунке 4.1) видно, что по такому показателю как коэффициент плавности хода С\ для пневматического подвешивания (кривая 2) во всем диапазоне скоростей значения этого коэффициента меньше на 9,2-15,6%, чем для пружинного подвешивания (кривая 1), а для Сг - на 13,3-4,5%. По значению максимального ускорения їк\ (рисунок 4.2.) на полу кузова над первой шкворневой точкой разница между пружинным и пневматическим центральным подвешиванием составляет во всем диапазоне скоростей движения 40,4-37,7%, а для їк2 - 40,5-33,8%. Значения коэффициентов динамики в центральной ступени с пневмоподвешиванием Kmh2 (рисунок 4.3) меньше на 31,8-34,9% по сравнению с пружинным подвешиванием, а для коэффициента динамики Ядц3,4 - на 32,6-30,5%. Коэффициенты динамики в буксовой ступени рессорного подвешивания .ЙГдбі-8 (рисунки 4.4,4.5) при одинаковых конструкциях этой ступени для тележек с пружинным и пневматическим рессорным подвешиванием центральной ступени в рассматри-ваемом диапазоне скоростей, как и следовало ожидать, отличаются незначительно и, как видно из графиков, не превышают допустимого значения [Кдб]=0,35 (кроме Кяъз,4 для пружинного центрального подвешивания).
Эти результаты получены при значении дисперсии эквивалентной геометрической неровности рельсового пути тоннеля метрополитена S = 13,01 мм2. Если качество пути тоннеля метрополитена будет хуже, то коэффициенты динамики в буксовой ступени рессорного подвешивания превысят допустимое значение при меньших скоростях движения. Чтобы этого не случилось можно рекомендовать увеличить долю суммарного статического прогиба, приходящегося на буксовую ступень рессорного подвешивания, но в работе задача по выбору параметров буксовой ступени не ставилась.
Таким образом, анализируя результаты выполненных расчетов можно рекомендовать использовать для проектируемого метрополитена вагоны с пневматическим центральным рессорным подвешиванием. Также можно рекомендовать использовать в центральной ступени рессорного подвешивания вагона метрополитена пневморессору с одним дополнительным резервуаром.
Результаты исследования вынужденных случайных вертикальных колебаний модели вагона метрополитена показали, что ПДК моделей, как с пружинным, так и с пневматическим рессорным подвешиванием в диапазоне скоростей от 40 до 100 км/ч не превышают своих допустимых значений.
Исследование вынужденных случайных колебаний динамической модели вагона метрополитена показало, что центральное пневматическое рессорное подвешивание имеет значительное преимущество по сравнению с центральным пружинным подвешиванием.
Рекомендовать использовать в проектируемом метрополитене города Янгон вагоны с пневматическим центральным рессорным подвешиванием.
По результатам выполненных исследований можно рекомендовать при проектировании вагона метрополитена в качестве параметров пневморессоры
При исследовании вертикальных колебаний реальный вагон метрополитена на двух двухосных тележках в центральной ступени рессорного подвешивания, которых использованы пружины и параллельно установленные им гидравлические гасители колебаний, предложено заменить математической моделью из 17 дифференциальных уравнений.
При исследовании вертикальных колебаний реальный вагон метрополитена на двух двухосных тележках в центральной ступени рессорного подвешивания, которых использованы пневморессоры, предложено заменить математической моделью из 21дифференциального уравнения.
Для исследования вертикальных колебаний динамической модели вагона метрополитена в центральной ступени рессорного подвешивания можно применять модель пневморессоры с одним дополнительным резервуаром.
Выполненная проверка правильности составления дифференциальных уравнений колебаний исследуемой динамической модели и их алгоритмизации по свободным колебаниям системы позволила исключить возможные ошибки и показать, что система уравнений имеет все предусмотренные связи и нет не предусмотренных.
Принятая методика получения вертикальных неровностей рельсового пути тоннеля метрополитена и выбранный метод исследования вертикальных колебаний модели вагона метрополитена можно использовать в дальнейшем при исследовании вынужденных случайных вертикальных колебаний моделей новых экипажей.
