Моделирование динамики рычажной передачи тормозной системы в процессе торможения на участке пути, имеющему неровности (на примере пассажирского вагона)

Введение. Статья посвящена моделированию динамических процессов рычажной передачи тормозной системы пассажирского вагона в процессе торможения на участке пути, имеющему неровности.

Цели работы: разработка модуля контакта «тормозная колодка рычажной передачи – рабочая поверхность колеса» в полноразмерной компьютерной модели пассажирского вагона в программном комплексе «Универсальный механизм»; компьютерное моделирование рабочего режима торможения от 50 до 32 км/ч, с учетом вертикальных и горизонтальных неровностей рельсовых нитей пути, для определения закономерностей изменения продольного ускорения тормозной колодки и ее углового ускорения. Предмет исследования — силовое взаимодействие элементов и динамические процессы в рычажной передаче тормозной системы пассажирских вагонов.

Материалы и методы. В программный комплекс «Универсальный механизм» предложен новый модуль контакта «тормозная колодка рычажной передачи – рабочая поверхность колеса», который позволил определить продольные и угловые ускорения тормозной колодки рычажной передачи пассажирского вагона. Проведено имитационное моделирование рычажной передачи тормозной системы пассажирского вагона с тележками КВЗ-ЦНИИ типа II, оснащенного колодочными тормозами.

Результаты исследования. Разработана полноразмерная компьютерная модель пассажирского вагона в программном комплексе «Универсальный механизм», в которую включен разработанный модуль контакта «тормозная колодка рычажной передачи — рабочая поверхность колеса». Вагон представлен как система твердых тел, соединенных упругими и диссипативными элементами. При помощи компьютерного моделирования воспроизведен рабочий режим торможения при снижении скорости пассажирского вагона от 50 до 32 км/ч с учетом вертикальных и горизонтальных неровностей рельсовых нитей железнодорожного пути. Результатом моделирования явились закономерности изменения продольного ускорения тормозной колодки и ее углового ускорения в процессе торможения в вышеуказанном диапазоне скоростей. Построены спектры продольного углового ускорения тормозной колодки. Выявлено, что наличие неровностей пути оказывает влияние на спектральный состав ускорений. Кроме этого, при наложении колебаний подпрыгивания и галопирования рамы тележки при движении по пути с неровностями, колодка рычажной передачи может перемещаться вверх-вниз по рабочей поверхности колеса с размахом, достигающим 50 мм. Расширены функциональные возможности моделирования динамических процессов рычажной передачи тормозной системы пассажирского вагона в пакете программного комплекса «УМ-Локо».

Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть использованы в процессе проектирования новых и модернизации существующих рычажных передач тормозной системы пассажирских вагонов на машиностроительных предприятиях и вагоноремонтных предприятиях. Это, в свою очередь, должно обеспечить равномерное распределения усилий по всем тормозным колодкам рычажной передачи пассажирского вагона.

1. Лилов, Л. К. Моделирование систем связанных твердых тел / Л. К. Лилов. — Москва : Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1993. — 272 с.

2. Шилен, В. Динамика систем твердых тел / В. Шилен // В сб.: Динамика высокоскоростного транспорта; под ред. Т. А. Тибилова. — Москва : Транспорт, 1988. — С. 32–39.

3. Schiehlen, W. (ed.). Multiboby systems handbook / W. Schiehlen. – Berlin: Springer, 1991.

4. Kreuzer, E. Generation of symbolic equations of motion of multibody systems // Computerized symbolic manipulations in mechanics. Springer-Verlag, 1994. — P. 1–67.

5. Ефимов, Г. Б. Некоторые алгоритмы автоматизированного синтеза уравнений движения системы твердых тел / Г. Б. Ефимов, Д. Ю. Погорелов. — Москва : Ин-т. прикл. матем. им. М.В. Келдыша РАН, 1993. — 30 с.

6. Погорелов, Д. Ю. Моделирование механических систем с большим числом степеней свободы. Численные методы и алгоритмы. автореферат дис. ... д-ра физ.-мат. наук. / Д. Ю. Погорелов. — Брянск, 1994. — 18 с.

7. Погорелов, Д. Ю. Введение в моделирование динамики систем тел / Д. Ю. Погорелов. — Брянск : Изд-во БГТУ, 1997. — 155 с.

8. Fisette, P. Dynamic behavior comparison between bogies: rigid or articulated frame, wheelset or independent wheels / P. Fisette, K. Lipinski, J.C. Samin // The Dynamics of Vehicles on Roads and on Tracks: Vehicle System Dynamics Supplement, 1996. — P.152–174.

9. Динамические процессы в асинхронном тяговом приводе магистральных электровозов / Ю. А. Бахвалов [и др.]. — Москва : Маршрут, 2006. — 374 с.

10. Балон, Л. В. Нестационарные динамические процессы в системе «тормозная колодка-колесо» / Л. В. Балон, П. А. Коропец, В. В. Косаревский // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. — 2008. — № 3. — С. 33–42.

11. Косаревский, В. В. Математическая модель и методика исследования динамики рычажной тормозной системы в установившихся режимах / В. В. Косаревский, Л. В. Балон, П. А. Коропец // Ростовского госу-дарственного университета путей сообщения. — 2009. — № 3. — С. 15–22.

12. Косаревский, В. В. Динамические характеристики рычажной тормозной системы в установившихся режимах / В. В. Косаревский, Л. В. Балон, П. А. Коропец // Ростовского государственного университета путей сообщения. — 2009. — № 4. — С. 33–42.