Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время железные дороги испытывают острую потребность в локомотивах: тепловозах и электровозах. Эта потребность ставит перед локомотивостроением задачи модернизации и обновления существующего парка. И сегодня создаются новые поколения машин, модернизируются уже эксплуатирующиеся дизель-генераторные установки тепловозов. Модернизация конструкции, как правило, приводит к существенному изменению статических и динамических характеристик валопроводов энергетических установок с дизельными двигателями. В связи с этим в эксплуатации проблемы прочности становятся все более актуальными, так как форсирование дизелей и увеличение угловых скоростей вращения валопровода, приводят к повышению уровня различных колебаний, происходящих в этих машинах. Сложность конструкции рассматриваемых систем обуславливает множество нелинейных эффектов, проявляющихся в процессе работы энергетической установки с дизельным двигателем.
Наиболее надежным инструментом анализа динамики валопровода является экспериментальное исследование процессов, происходящих в нем, но такое исследование, как правило, оказывается весьма дорогостоящим и может применяться лишь на заключительной стадии создания новой или модернизации существующей машины. В этой связи особую актуальность приобретает математическое моделирование, основанное на использовании современных, весьма быстродействующих ПЭВМ, а также интегрированных математических пакетов, таких как Mathcad, Matlab, Maple и др. Уровень развития современных вычислительных машин позволяет создавать модели весьма сложных физических процессов и при этом получать результаты удовлетворительной точности.
Разработанные в диссертации модели позволяют получить не только характеристики системы, но также решить актуальную задачу выбора эффективных средств снижения динамических напряжений в валопроводах на режимах эксплуатации локомотивной поршневой машины и оптимизировать их параметры.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является создание методики динамического расчета валопроводов поршневых машин подвижного состава железных дорог, основанной на математическом моделировании, позволяющем осущест-
влять выбор параметров средств снижения амплитуд опасных механических колебаний, происходящих в валопроводах энергетических установок и компрессоров, в процессе модернизации и создания новых локомотивов.
Исследования проводились на основе использования методов математического моделирования; численного интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений; многокритериальной оптимизации; линейной алгебры.
Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов состоит в следующем:
> разработана методика исследования автопараметрических
крутильных колебаний валопровода энергетической установки те
пловоза;
разработана математическая модель динамики валопровода, учитывающая нелинейные характеристики, которые наиболее часто встречаются в практике эксплуатации тепловозных дизель-генераторов;
уточнены силы сопротивления автопараметрическим крутильным колебаниям валопровода и проведена параметрическая идентификация диссипативных составляющих дифференциальных уравнений движения;
решена задача о нелинейных крутильных колебаниях валопровода тепловозного дизеля 16ЧН26/26;
выявлены резонансные режимы в зоне эксплуатации модернизированной энергетической установки, определены амплитуды колебаний и напряжения в элементах валопровода, уровень которых следует снизить;
выбраны параметры компактного антивибратора для снижения уровня опасных крутильных колебаний в системе валопровода;
разработаны основы теории и математические модели резонансных поршневых машин; предложены методики определения частот свободных колебаний резонансной машины, а также выбора ее инерционных параметров;
разработана модель и осуществлен выбор оптимальных параметров с целью настройки на режим резонанса тормозного поршневого компрессора локомотива.
Практическая значимость состоит в разработке: методики динамического расчета валопроводов тягового подвижного состава,
основанной на математическом моделировании, позволяющей выбрать параметры гасителей колебаний в процессе проектирования и модернизации эксплуатирующихся локомотивов; основ теории резонансных поршневых машин.
Методики по исследованию динамики валопроводов поршневых машин и комплекс программ по расчету усилий в сочленениях кривошипно-шатунных механизмов, а также их крутящих моментов, приложенных к кривошипам коленчатых валов, внедрены на ОАО «Коломенский тепловозостроительный завод», ОАО «Полтавский турбокомпрессорный завод» и в учебный процесс в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный открытый технический университет путей сообщения» (РГОТУПС) на кафедре «Теоретическая и прикладная механика».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на международной конференции «Системы компьютерной математики и их приложения» (Смоленск, 2006), на совместных заседаниях кафедр «Теоретическая и прикладная механика» и «Локомотивы и локомотивное хозяйство» РГОТУПС (2005, 2006 гг.), а также на симпозиуме «Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем», проводимом институтом машиноведения им. А.А. Благонравова РАН (Звенигород, 2006).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ. Список приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертации. Общий объем диссертации 130 страниц, 42 рисунка, 1 таблица и 7 приложений. Список литературы — 96 наименований. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения.
