Конструктивные связи бывают: жесткие, упругие, упруго-вязкие, упруго-фрикционные.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Иркутский государственный университет путей сообщения»

Забайкальский институт железнодорожного транспорта –

филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Иркутский государственный

университет путей сообщения»

Кафедра «Подвижной состав железных дорог»

Е. А. Рожкова

Основы механики подвижного состава

Методическое пособие по выполнению практических работ

для студентов очной и заочной форм обучения

специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог»

Чита

УДК 629.4.083

ББК О 28

Р 62

Рецензенты:

к.т.н, доцент, заведующий кафедрой «Инженерные дисциплины» ЗабАИ Лежнев А.А.

к.т.н., доцент каф. «Подвижной состав железных дорог» Забайкальского института железнодорожного транспорта

И.В. Ковригина

Рожкова Е. А.

РОсновы механики подвижного состава: метод. пособие по выполнению практических работ для студентов очной и заочной форм обучения специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог». – Чита: ЗабИЖТ, 2017. – 50 с.

Представлены темы практических работ и вопросы к их защите. Каждая практическая работа рассчитана на 4 часа.

© Забайкальский институт железнодорожного

транспорта (ЗабИЖТ), 2017

Содержание

Практическая работа №1 . Расчеты динамических характеристик подвижного состава. Составление уравнения вынужденных колебаний подвижного состава и боковой качки подвижного состава.
Практическая работа №2 .Исследование динамического воздействия колеса подвижного состава на рельс при движении по волнообразной неровности пути.
Практическая работа №3. Исследование вынужденных вертикальных колебаний надрессорного строения подвижного состава.
Практическая работа №4. Оценка безопасности движения по кривым участкам рельсового пути.
Практическая работа №5. Динамика неподрессоренных масс подвижного состава.
Практическая работа №6. Колебания подвижного состава с одинарным рессорным подвешиванием.
Практическая работа №7. Вынужденные колебания грузового подвижного состава.
Практическая работа №8. Собственные колебания систем с двумя степенями свободы.
Практическая работа №9. Поперечная устойчивость кузова на рессорах.

Практическая работа 1

Расчеты динамических характеристик подвижного состава. Составление уравнения вынужденных колебаний подвижного состава и боковой качки подвижного состава.

Динамика подвижного состава – это физический процесс возникновения сил, моментов, перемещений составных элементов подвижного состава (вагона, локомотива) вследствие взаимодействия его ходовых частей и рельсового пути, а также локомотивов и вагонов в движущемся поезде.

С точки зрения механики подвижной состав представляет собой систему из физических тел и связей между ними. Части вагона, отделенные от ходовых частей рессорами (кузов, рамы тележек с буксовым подвешиванием, надрессорные балки), называют обрессоренными, а находящиеся ниже рессор (колесные пары, буксы) – необрессоренными.

Необрессоренные части вагона упругие, но ввиду их относительно большой жесткости в расчетах они часто считаются абсолютно твердыми.

Свободное твердое тело в пространстве, на которое не наложены связи, имеет шесть степеней свободы. Поэтому наряду с поступательным движением подвижного состава вдоль пути нужно рассматривать перемещение его кузова и тележек вследствие колебаний.

Система осей координат:

поступательные (линейные) перемещения вдоль осей Ох, Оу, Оz;	х – подергивание; у – боковой относ; z – подпрыгивание;
вращательные (угловые) перемещения относительно осей Ох, Оу, Оz;	- боковая (поперечная) качка; - галлопирование (продольная) качка; - виляние

Рис. 1.1. Система осей координат вагона

Конструктивные связи между отдельными частями вагона, локомотива направляют их движение, ограничивают или исключают вообще их относительную подвижность.

Практическая работа №2

Практическая работа 3

Практическая работа №4

Практическая работа 5.

Динамика неподрессоренных масс подвижного состава.

Практическая работа 6

Практическая работа 7

Практическая работа 8

Практическая работа 9

Список литературы

1. Яковенко Г.Н. Краткий курс аналитической динамики (электронно-библиотечный ресурс BOOK.ru)

2. В.В. Лукин, П.С. Анисимов, В.Н. Котуранов. Конструирование и расчет вагонов. ФГОУ «Учебно-мет одический центр по образованию на ж/д транспорте», 2011

3. Вершинский С.В. Данилов В.Н. Динамика вагонов: Учебник для вузов ж.-д. трансп. Транспорт, 1991

4. Колесников В.И., Воробьев В.Б., Шуб М.Б., Шаповалов В.В. Улучшение взаимодействия пути и подвижного состава. Маршрут- г.Москва, 2006 г.

5. Шадур Л.А., Челноков И.И., Никольский Л.Н. Вагоны: учебник для вузов железнодорожного транспорта. Транспорт, 1980.

6. Колесников В.И., Воробьев В.Б., Шуб М.Б., Шаповалов В.В. Колесников, В.И. Улучшение взаимодействия пути и подвижного состава. [Электронный ресурс] / В.И. Колесников, В.Б. Воробьев, В.В. Шаповалов, М.Б. Шуб. — Электрон. дан. — М. : УМЦ ЖДТ, 2006. — 365 с. — Режим доступа: http://e.lanbook.com/book/59159

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Иркутский государственный университет путей сообщения»

Забайкальский институт железнодорожного транспорта –

филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Иркутский государственный

университет путей сообщения»

Кафедра «Подвижной состав железных дорог»

Е. А. Рожкова

Основы механики подвижного состава

Методическое пособие по выполнению практических работ

для студентов очной и заочной форм обучения

специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог»

Чита

УДК 629.4.083

ББК О 28

Р 62

Рецензенты:

к.т.н, доцент, заведующий кафедрой «Инженерные дисциплины» ЗабАИ Лежнев А.А.

к.т.н., доцент каф. «Подвижной состав железных дорог» Забайкальского института железнодорожного транспорта

И.В. Ковригина

Рожкова Е. А.

РОсновы механики подвижного состава: метод. пособие по выполнению практических работ для студентов очной и заочной форм обучения специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог». – Чита: ЗабИЖТ, 2017. – 50 с.

Представлены темы практических работ и вопросы к их защите. Каждая практическая работа рассчитана на 4 часа.

© Забайкальский институт железнодорожного

транспорта (ЗабИЖТ), 2017

Содержание

Практическая работа №1 . Расчеты динамических характеристик подвижного состава. Составление уравнения вынужденных колебаний подвижного состава и боковой качки подвижного состава.
Практическая работа №2 .Исследование динамического воздействия колеса подвижного состава на рельс при движении по волнообразной неровности пути.
Практическая работа №3. Исследование вынужденных вертикальных колебаний надрессорного строения подвижного состава.
Практическая работа №4. Оценка безопасности движения по кривым участкам рельсового пути.
Практическая работа №5. Динамика неподрессоренных масс подвижного состава.
Практическая работа №6. Колебания подвижного состава с одинарным рессорным подвешиванием.
Практическая работа №7. Вынужденные колебания грузового подвижного состава.
Практическая работа №8. Собственные колебания систем с двумя степенями свободы.
Практическая работа №9. Поперечная устойчивость кузова на рессорах.

Практическая работа 1

Расчеты динамических характеристик подвижного состава. Составление уравнения вынужденных колебаний подвижного состава и боковой качки подвижного состава.

Динамика подвижного состава – это физический процесс возникновения сил, моментов, перемещений составных элементов подвижного состава (вагона, локомотива) вследствие взаимодействия его ходовых частей и рельсового пути, а также локомотивов и вагонов в движущемся поезде.

С точки зрения механики подвижной состав представляет собой систему из физических тел и связей между ними. Части вагона, отделенные от ходовых частей рессорами (кузов, рамы тележек с буксовым подвешиванием, надрессорные балки), называют обрессоренными, а находящиеся ниже рессор (колесные пары, буксы) – необрессоренными.

Необрессоренные части вагона упругие, но ввиду их относительно большой жесткости в расчетах они часто считаются абсолютно твердыми.

Свободное твердое тело в пространстве, на которое не наложены связи, имеет шесть степеней свободы. Поэтому наряду с поступательным движением подвижного состава вдоль пути нужно рассматривать перемещение его кузова и тележек вследствие колебаний.

Система осей координат:

поступательные (линейные) перемещения вдоль осей Ох, Оу, Оz;	х – подергивание; у – боковой относ; z – подпрыгивание;
вращательные (угловые) перемещения относительно осей Ох, Оу, Оz;	- боковая (поперечная) качка; - галлопирование (продольная) качка; - виляние

Рис. 1.1. Система осей координат вагона

Конструктивные связи между отдельными частями вагона, локомотива направляют их движение, ограничивают или исключают вообще их относительную подвижность.

Конструктивные связи бывают: жесткие, упругие, упруго-вязкие, упруго-фрикционные.

Число степеней свободы всей системы равно сумме степеней свободы отдельных составных частей за вычетом числа наложенных жестких связей.

Упругие, упруго-вязкие, упруго-фрикционные, передавая силовые воздействия между отдельными массами, стесняют их относительные перемещения, не изменяя общего числа степеней свободы.

Задачи:

1.Составление дифференциальных уравнений собственных колебаний кузова на рессорах. Определение собственных частот колебаний подпрыгивания, галопирования и боковой качки вагона.

2. Расчеты параметров гасителей колебаний.

3. Проверка отсутствия «валкости» кузова вагона.

4.Составление дифференциального уравнения вынужденных колебаний подпрыгивания вагона при движении его по регулярным неровностям пути. Нахождение аналитического выражения, описывающего процесс вынужденных колебаний подпрыгивания вагона.

Круговые частоты собственных колебаний подпрыгивания, галопирования и боковой качки вагона , , определяются по следующим формулам:

,

(1.1)

где - жесткость одного рессорного комплекта подвески вагона, Н/м;

- ускорение свободного падения;

- вес кузова вагона, определяемого по формуле (1.2).

,	(1.2)

где - тара вагона, Н;

- грузоподъемность вагона, Н;

- вес тележки, Н;

- доля использования грузоподъемности вагона, %.

,

(1.3)

где - половина базы вагона, м;

- высота центра тяжести кузова с грузом над уровнем рессорного подвешивания, м;

- момент инерции вагона с грузом относительно оси уу, кг м².

,

(1.4)

где - половина расстояния между серединами шеек, м;

- момент инерции вагона с грузом относительно оси хх, кг м².

По полученным круговым частотам следует определить соответствующие им линейные частоты и периоды колебаний Т по формулам:

,

(1.5)

Далее по исходным данным рассчитывают коэффициент сопротивления вязкого трения гидравлического гасителя колебаний . В задании тип гасителя колебаний обозначен условными номерами:

Тип 1 –гаситель с постоянной силой трения;

Тип 2- гаситель с силой трения, пропорциональной прогибу рессор;

Тип 3 – гидравлический гаситель.

Для гидравлических гасителей (тип 3) расчет заканчивается определением величины по формуле:

,

(1.6)

где - амплитуда неровностей пути, м;

- наибольший прогиб рессорного комплекта, м;

- масса кузова, кг.

Если задан гаситель колебаний с постоянной силой сухого трения (тип 1) то кроме по формуле (6) для него следует определить величину этой силы трения по формуле:

,

(1.7)

Для гасителей колебаний с силой трения, пропорциональной прогибу рессор (тип 2) определяется параметр трения :

,

(1.8)

и коэффициент вязкого сопротивления по формуле:

,

(1.9)

Проверку рессорного подвешивания на отсутствие «валкости» кузова следует проводить по формуле:

,

(1.10)

где - высота метацентра, рассчитываемая по формуле:

,

(1.11)

Четвертый раздел задания посвящен выводу и решению дифференциального уравнения вынужденных колебаний подпрыгивания вагона при движении его по регулярным неровностям вида .

Само уравнение вынужденных колебаний представляет собой неоднородное дифференциальное уравнение второго порядка:

,

(1.12)

а его решение имеет вид:

,

(1.13)

где - амплитуда вынужденных колебаний кузова вагона, м;

- круговая частота собственных колебаний подпрыгивания кузова вагона (была определена ранее по формуле 1);

- амплитуда неровностей пути, м;

- частота вынужденных колебаний;

- скорость движения вагона, м/сек;

- длина периода неровностей, м.

Подставляя в формулу (13) значения частот и времени, получаем выражение для с численными параметрами для заданного вагона при его движении. Следует иметь ввиду, что размерность углов в формуле (13) задана в радианах.

По полученным данным необходимо построить график зависимости для 1-2 секунд движения вагона, задавая время, с интервалом сек (1,0;1,05;1,1;…2,0).

Таблица 1.1 - Исходные данные к практической работе

Наименование данных	Номера вариантов
Условный тип вагона (Таблица 2)	I	II	III	IY	Y	YI	YII	YIII	IX
Условный номер типа тележек (таблица 3)	I	II	III	IY	Y	YI	YII	YIII	I
Условный номер типа гасителя колебаний	I	II	II	II	I	I	II	I	II
Использование грузоподъемности вагона ,%
Высота центра тяжести кузова с грузом над уровнем рессорного подвешивания , м	1,9	1,8	2,2	2,1	1,87	1,87	1,7	1,7	1,7
Момент инерции вагона относительно оси пути (оси ОХ) , кг м2 108	37,7	37,7	46,4	46,4	28,5	28,5	21,6	21,6	27,5
Момент инерции вагона относительно оси ОУ, перпендикулярной оси пути, , кг м2 109	15,07	15,07	16,85	16,85	7,38	7,38	11,77	11,77	14,2
Скорость движения вагона V, м/с	27,8	27,8	22,2	27,8	22,3	27,1	27,1	27,8	22,0
Длина периода неровностей пути , м	3,0	3,5	4,6	2,8	3,2	5,0	5,9	6,5	7,5
Амплитуда неровностей пути h,м	0,008	0,006	0,0055	0,007	0,009	0,006	0,002	0,004	0,013
Радиус круговой кривой R,м
Длина переходной кривой ,м
Угол в стыке рельсов ,рад	0,03	0,025	0,02	0,023	0,033	0,022	0,031	0,015	0,01
Длина ползуна на колесе а, м	0,022	0,018	0,024	0,027	0,029	0,031	0,018	0,022	0,024
Приведенная масса пути , кг
Боковая жесткость пути ,Н/м 107	2,3	2,0	1,9	2,2	1,8	1,95	2,5	2,1	1,92
Величина сжимающего продольного усилия в поезде S, Н 105	2,5	3,0	4,0	2,2	5,0	2,0	2,5	2,0	2,5
Разность высот автосцепок у соседних вагонов ,м	0,08	0,08	0,07	0,06	0,1	0,1	0,065	0,06	0,06

Таблица 1. 2 – Конструктивные параметры четырехосных вагонов

Параметры	Типы вагонов
Крытый V=120м3 11-217	Крытый V=140м3 11-260	Легков. автом. 11-835	Хоппер зерно 19-752	Хоппер цемент 11-715	Хоппер минер. удобр. 11-740	Полуваг. V=85м3 12-757	Полуваг. V=76м3 12-119	Полуваг. V=74м3 12-753	Платф. универ. 13-412	Платф. универ. 13-401
Условный номер типа вагона	I	II	III	IY	Y	YI	YII	YIII	IX	X	XI
Тара вагона , т					18,4			22,5	22,5	21,4
Грузоподъемность , т
База вагона L, м		12,24		10,5	7,7	8,98	8,67	8,65	8,65	9,72	9,72
Боковая поверхность кузова вагона (площадь ветрового «паруса») , м2	52,50	57,96	90,59	47,79	37,02	41,17	36,10	32,78	32,77	24,92	25,0
Высота центра ветровой поверхности кузова над центром колес ,м	2,32	2,322	2,45	2,15	1,676	1,644	2,37	1,98	1,95	2,5	1,5
Длина вагона ,м	14,73	16,97	24,26	14,72	11,92	13,2	13,92	13,92	13,92	14,62	14,62
Высота центра тяжести кузова с грузом над центром колес	2,258	2,259	2,420	1,877	1,234	1,20	2,19	1,80	1,77	1,50	0,92
Расстояние между клиновыми отверстиями автосцепок ,м	12,73	14,97	22,26	12,72	9,92	11,2	11,92	11,92	11,92	12,62	12,62

Таблица 1.3 – Конструктивные параметры тележек вагонов

Параметры	Тип тележек
Модель 18-100	Модель 18-115	Модель 18-755	КВЗ-И2	КВЗ-5	КВЗ-ЦНИИ-I	КВЗ-ЦНИИ-II	КВЗ-ЦНИИМ
Условное обозначение в задании	I	II	III	IY	Y	YI	YII	YIII
База тележки , м	1,85	1,85	1,85	2,40	2,40	2,40	2,40	2,40
Вес тележки , т	4,680	4,700	5,100	7,800	7,000	7,100	7,500	7,200
Вес необрессоренных частей, приходящихся на колесо ,т	0,438	0,410	0,477	0,210	0,195	0,194	0,250	0,193
Наибольший прогиб рессорного комплекта , м	0,049	0,068	0,052	0,070	0,150	0,190	0,190	0,225
Жесткость одного рессорного комплекта , Н/м 106	3,9	2,84	4,2	3,67	0,75	0,56	0,52	0,51
Полярный момент инерции тележки относительно вертикальной оси , кг м2 107	6,25	6,31	6,45	10,58	9,96	10,04	10,38	10,12

Вопросы на защиту:

1. Динамика подвижного состава как научная основа.

2. Динамические характеристики подвижного состава.

3. Система осей координат вагона.

4. Динамические характеристики железнодорожного пути.

Практическая работа №2