Вибір моделі зчеплення для моделювання динамічної поведінки локомотивів
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2022-275-5-65-71Ключові слова:
залізничний транспорт, контакт «колесо-рейка», коефіцієнт зчеплення, ковзання, тяга, динамікаАнотація
У статті проведено огляд основних моделей, що застосовуються у сучасних програмних комплексах моделювання динаміки рейкових екіпажів. Детально розглянуто, що обчислення дотичних сил у контакті «колесо-рейка» при моделюванні динаміки рейкових екіпажів може здійснюватися трьома способами: «швидкі» алгоритми, апроксимація аналітичних рішень, чисельних експериментів чи експериментальних даних, використання розрахованих наперед довідкових таблиць. Авторами було розроблено програму VDEUNU CONTACT, оскільки обчислення у даній програмі є досить трудомісткими, програма використовується для упорядкування довідкових таблиць. Проведено дослідження методів розв'язання тангенціальної задачі у сучасних програмних комплексах моделювання динаміки рейкових екіпажів та побудована інформаційна таблиця. Побудовані криві зчеплення, розраховані за допомогою різних методик для одних і тих самих умов контактування. Значення критичного ковзання, отриманого з допомогою програм FASTSIM, дорівнює приблизно 0.03%, тоді як експериментально отримане значення становить близько 2,5 %. Після зриву в буксування коефіцієнт зчеплення у всіх теоріях, крім Мінова і VDEUNU CONTACT вважається константою, тоді як у реальних умовах спостерігається падіння коефіцієнта зчеплення. Проаналізовано можливість застосування різних моделей зчеплення для моделювання динаміки рухомого складу в режимах вибігу та тяги, порівняння моделей проводилося для нових профілів колеса та рейки при нульовому бічному віднесенні колісної пари. Отримані під час використання довідкових таблиць результати, сформовані за допомогою програми VDEUNU CONTACT, порівнювалися з результатами, отриманими під час використання алгоритму FASTSIM, свідчать про те, що незважаючи на незначні кількісні відмінності, можна говорити, що якісно отримані результати збігаються. Також у роботі розглядався рух локомотива в режимі тяги на прямій ділянці шляху довжиною 1200 м з різним фрикційним станом рейок (сухі і вологі). По результатам моделювання видно, що за відсутності обурень з боку траєкторії руху колісної пари при моделюванні за допомогою алгоритму FASTSIM практично збігаються за різних фрикційних умов, і спостерігається стійкий рух локомотива. У той же час при моделюванні за допомогою програми VDEUNU CONTACT рух є нестійким і характер взаємодії колісної пари зі шляхом суттєво відрізняється при сухих та вологих рейках.
Посилання
1. Костюкевич А.И. Обзор моделей фрикционного взаи-модействия колес с рельсами [электронный ресурс] / А.И. Костюкевич, И.А. Цыгановский // Наукові вісті Далівського університету: зб. наук. праць. – Луганськ, 2012. – № 8. – Режим доступу до журн. http://archive.nbuv.gov.ua/e-journals/Nvdu/2012_8/z12kaiksr.htm
2. Kalker J.J. A fast algorithm for the simplified theory of rolling contact (FASTSIM program) / J.J. Kalker // Vehicle Systems Dynamics, 1982. – Vol. 11. – P. 1-13.
3. Kalker J.J. Simplified Theory of Rolling Contact / Kalker J.J. // Delft Progress Report. University of Technology. The Netherlands. – Vol. 1. 1973. – P. 1-10.
4. Погорелов Д.Ю. Модификация алгоритма FastSim ре-шения задачи контакта колеса и рельса / Д.Ю. Погоре-лов, В.Н. Языков // Брянск, Вестник БГТУ, №2 (2). 2004. – С. 103-109.
5. Piotrowski J. Kalker's algorithm Fastsim solves tangential contact problems with slip-dependent friction and friction anisotropy / J. Piotrowski //Vehicle System Dynamics, 48:7. 2010. – P. 869-889.
6. Piotrowski J. A simplified model of wheel/rail contact mechanics for non-Hertzian problems and its application in rail vehicle dynamic simulations / J. Piotrowski, W. Kik // Vehicle System Dynamics, 46: 1-2, 2008. – P. 27-48.
7. Polach O. A fast wheel–rail forces calculation computer code / O. Polach // Vehicle Syst. Dyn. Suppl. 33. 1999. – P. 728-739.
8. Моделирование динамики ж/д экипажей. Руководство пользователя ПО Универсальный механизм [элект-ронный ресурс]. – Режим доступа: URL: http://www.universalmechanism.com/download/70/rus/08_um_loco.pdf
9. Меншутин Н.Н. Исследование скольжения колесной пары электровоза при реализации силы тяги в эксплу-атационных условиях / Н.Н. Меншутин // Тр. ВНИИЖТ, 1960, вып. 188. – С. 113-132.
10. Минов Д.К. Повышение тяговых свойств электровозов и тепловозов с электрической передачей / Д.К. Минов // М.: Транспорт, 1965. – 268 с.
11. Polach O. Influence of locomotive tractive effort on the forces between wheel and rail / O. Polach // Vehicle System Dynamics Supplement, 35. 2001. – P. 7-22.
12. Кашура А.Л. Оценка тягово-сцепных качеств локомо-тивов на стадии проектирования и модернизации с учетом динамических особенностей их движения по рельсовому пути: дисс. ... канд. техн. наук :05.22.07 / Кашура А.Л. – Луганск, 1995. – 207 с
13. Kalker J.J. Three Dimensional Elastic Bodies in Rolling Contact / J.J. Kalker //Dordrecht. London.: Kluwer Academic Publishers, 1990. – 314 p.
14. Kalker J.J. The Principle of Virtual Work and Its Dual for Contact Problems / J.J. Kalker //Ingenieur-Archiv 56, 1986. – Р. 453-467.
15. Голубенко А.Л. Модель фрикционного контакта «ко-лесо-рельс» / А.Л. Голубенко, А.И. Костюкевич, И.А. Цыгановский // Вісник Східноукраїнського національ-ного університету ім. В. Даля. – 2012. – № 5 (176). – С. 7-12.
16. Костюкевич А.И. Экспериментальное исследование характеристик сцепления в контакте «колесо-рельс» при наличии промежуточной среды / А.И. Костюкевич, И.А. Таран, М.В. Ковтанец, В.С. Ноженко // «Ав-томобіле та тракторобудування». Вісник НТУ «ХПІ», 56, 2011. – С. 56-62.
17. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 49477 від 03.06.2013 (заявка № 49798 від 01.04.2013) «Комп'ютерна програма VDEUNU CONTACT» / Го-лубенко О.Л., Горбунов М.І., Костюкевич О.І., Цига-новський І.О., Ноженко О.С., Просвірова О.В.
18. Горбунов Н.И. Энергетическое воздействие двухфаз-ного потока на зону контакта движущего колеса с ре-льсом – метод управления сцепными характеристиками локомотива: Монография. / Н.И. Горбунов, М.В. Ковтанец, Т.Н. Ковтанец – Одесса: КУПРИЕНКО СВ, 2019. – 181 с.
19. Горбунов М.І. Обґрунтування концепції вдосконалення об’єктів залізничної техніки на підставі теорії прийняття рішень: Монографія. / М.І. Горбунов, М.В. Ковтанець, О.В. Сергієнко, Т.М. Ковтанець – Одеса: КУПРІЄНКО СВ, 2020. – 98 с.
20. Костюкевич А.И. Численная и экспериментальная идентификация процесса сцепления колес локомотива с рельсами: дисс. … канд. техн. наук: 05.22.07 / Кос-тюкевич А.И. – Луганск, 1991. – 230 с.
21. Iwnicki S. Manchester Benchmarks for Rail Vehicle Simulation / S. Iwnicki // Vehicle System Dynamics, 30:3-4, 1998. – P. 295-313.
22. Горбунов Н.И. Прогнозирование тяговых и динамиче-ских качеств локомотивов методом имитационного моделирования [Текст]: монография / Н.И. Горбунов, А.Л. Голубенко, А.И. Костюкевич, А.Л. Кашура; Вос-точноукр. нац. ун-т им. В. Даля. – Луганск, 2002. –
с.
