2.3 Расчет парциальных частот колебаний
Используя выведенные уравнения, рассчитаем парциальные частоты колебаний:
3 Анализ методов исследования вынужденных вертикальных колебаний и определение показателей динамических качеств
3.1 Анализ методов исследования вынужденных колебаний выбранного экипажа
Известны три основных метода исследования колебаний подвижного состава:
– с помощью натурного эксперимента на реальных конструкциях подвижного состава;
– на физических моделях подвижного состава;
– методом математического моделирования с применением современной
вычислительной техники путём замены реального экипажа и пути их
математической моделью.
В последнее двадцать лет вычислительная техника очень активно
развивается: увеличивается ее быстродействие и объем оперативной памяти.
Современные персональные компьютеры позволяют создавать математические модели сложных динамических систем экипаж-путь, которые с большой достоверностью описывают колебательные процессы, происходящие на реальном подвижном составе. Учитывая это, методы математического моделирования, ввиду их дешевизны, получили большое распространение для оценки ходовых качеств на этапе проектирования новых образцов подвижного состава или модернизации существующих. В ходе многочисленных исследований на ЭВМ и различных методах моделирования, получили следующее.
При движении со скоростями, близкими к скоростям, соответствующим высокочастотному резонансу, подрессоренная масса остается практически неподвижной, а колеса совершают колебания, поэтому колебания груза почти не влияют на нагрузки в ходовой части, а решающее влияние оказывают колебания неподрессоренных масс.
Под длинными и короткими неровностями следует понимать такие неровности, продолжительность воздействия возмущающих функций от воздействия которых близка соответственно к периоду собственных колебаний подрессоренной массы и к периоду колебаний неподрессоренных масс подвижного состава.
При исследовании нагрузок на ходовую часть от колебаний подрессоренной и неподрессоренных масс целесообразно рассматривать эквивалентные схемы динамических систем для случаев движения по коротким и длинным неровностям. При колебаниях в области низких собственных частот, которые вызывают значительные вертикальные и угловые перемещения подрессоренной массы и соответственно большие перегрузки в ходовой части (при достаточной разнице низких и высоких собственных частот), можно пренебречь влиянием неподрессоренных масс.
3.2 Показатели динамических качеств
Понятие «качество» охватывает свойства объекта, которые обусловливают его пригодность удовлетворять определенным требованиям в соответствии с назначением объектов. Количественную характеристику такой пригодности объектов описывают с помощью показателей качества, выбор которых зависит от назначения объекта.
Для объектов многоцелевого назначения, таких, например, как ЭПС, может быть значительное количество показателей как безразмерных, так и выражаемых в различных единицах, например в километрах в час, часах и т. п.
Показатели качества подразделяются на 11 основных групп: назначения; безопасности; экономичного использования сырья, материалов, топлива, энергии; надежности; эргономические; эстетические; технологические; транспортабельности; стандартизации и унификации; патентно-правовые; экологические.
Каждая из этих групп в свою очередь делится на подгруппы: например, показатели назначения – классификационные, функциональные и технической эффективности, конструктивные, состава и структуры; показатели безопасности – физические, химические, биологические, психофизиологические; показатели надежности – безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости; показатели эргономические – гигиенические, антропометрические, физиологические, психофизиологические, психологические.
Применительно к механической части показатели качества делят на два больших класса:
· первый – общие для механической части и локомотива в целом как единого технического средства;
· второй – специфические для механической части, учитывающие ее основные особенности, отличающие механическую часть от других составных частей локомотива.
К специфическим относят показатели, которые характеризуют поведение локомотива как механической системы при движении по рельсовому пути. Поскольку определяющую роль при этом играют колебательные процессы, эти показатели принято называть показателями динамических качеств (ПДК). К ним относят показатели:
виброзащиты, определяющие степень защиты оборудования локомотива, а также пути от вибраций, возникающих при движении локомотива;
безопасности движения, характеризующие степень обеспечения безаварийности движения по рельсовой колее;
плавности хода, относящиеся к подгруппе гигиенических показателей и характеризующие степень воздействия вибраций локомотива на организм человека.
Проектирование, изготовление, эксплуатация и ремонт подвижного состава выполняются таким образом, чтобы обеспечивался допустимый уровень ПДК в течение всего срока его службы.
Из всех общих показателей качества локомотивов ограничимся рассмотрением основных групп: показателей назначения и безопасности.