ВЛИЯНИЕ ПОЛИГОНАЛИЗАЦИИ КОЛЕС НА СТЕПЕНЬ НЕЛИНЕЙНОСТИ ДИНАМИЧЕСКОГО ОТКЛИКА СИСТЕМЫ СКОРОСТНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Как одна из важнейших частей железнодорожного транспортного средства, колесо обеспечивает ход и управление поездом, соединяя поезд с рельсами. Он несет груз транспортного средства и прикладывает его к дорожке. В течение срока службы поезда износ колеса неизбежен и предсказуем, и колесо больше не является полностью круглым, что приводит к нежелательному возбуждению неровностей колеса. Среди неровностей колеса полигонализация колеса является распространенным видом колеса вне округлости. Это неравномерный износ в окружном направлении колеса: радиус колеса периодически изменяется по окружности, и полигонализация распространяется на всю окружную поверхность при определенной длине волны.

Капер впервые обнаружил явление полигонализации колес на голландской железной дороге, а затем на ледяном скоростном поезде в Германии и Стокгольмском метрополитене в Швеции. Колесная полигонизация рельсового транспортного средства приведет к значительным изменениям вертикальной силы колеса-рельса, поперечной силы, коэффициента схода с рельсов, скорости снижения веса колеса и других показателей, что значительно повлияет на устойчивость и проходимость кривой транспортного средства. Нильсен и Йоханссон обсуждается современное состояние исследований по экспериментальному обнаружению ударных нагрузок колеса/рельса, математические модели прогнозирования развития и последствий некруглых колес, критерии снятия некруглых колес и предложения по снижению развития некруглых колес.

Определение степени нелинейности динамического отклика

Контакт колеса с рельсом является основным отличием системы, связанной с дорожкой транспортного средства, от других механических систем. Контакт колеса с рельсом характеризуется очевидной нелинейностью, включая нелинейную геометрию контакта, нелинейную силу ползучести и нелинейную нормальную силу Герца. Геометрическая связь контакта колеса с рельсом обычно описывается параметрами контакта, такими как кривизна колеса с рельсом, угол контакта и угол качения в точке контакта колеса с рельсом. Кроме того, механические свойства демпфера против рыскания и поперечного подпора, установленного на рельсовых транспортных средствах, также нелинейны. В процессе эксплуатации поезда износ колеса-рельса неизбежен и непредсказуем, а параметры контакта изменяются нелинейно. Когда охотничье движение транспортного средства неустойчиво, фланец колеса может соприкасаться с рельсом, угол контакта становится больше, и геометрические отношения контакта будут сильно нелинейны5.

Анализ неустойчивого охотничьего движения транспортного средства

Полигонизация колеса характеризуется периодическим отклонением диаметра круга качения колеса по окружному направлению, что приводит к несимметричному контакту колеса с рельсом. Этот дефект серьезно снизит нелинейную критическую скорость транспортного средства и усилит поперечную вибрацию колесной пары. Полигонизация колеса высокого порядка может сильно нарушить нормальную силу колеса-рельса и рабочее состояние колесной пары и, следовательно, вызвать колебания силы ползучести колеса-рельса. Это приводит к неравномерному износу колес по окружности, что оказывает непредсказуемое и разрушительное воздействие на устойчивость автомобиля. Когда полигонализация существует на двух колесах одной оси, легко образуется разница высот между левой и правой сторонами, которая приводит к тому, что транспортное средство качает головку, а колесная пара производит поперечное смещение оси и поперечное ускорение на поверхности рельса. Это поперечное охотничье движение может усугубить износ колеса и рельса с риском схода с рельсов в серьезных ситуациях.

Выводы

В данной работе на основе теории сопряженной динамики транспортного средства и рельсового пути и определения степени нелинейности динамического отклика исследовано влияние полигонализации колес на степень нелинейности устойчивого и неустойчивого динамического отклика системы высокоскоростных поездов

Помимо выяснения механизма полигонализации колес, особенно важно установить критерии, которые помогают эффективно предвидеть и, следовательно, избегать или сдерживать полигонализацию колес, которая может привести к повреждениям и катастрофам. На основании полученных результатов предложен объективный критерий мониторинга работоспособности колесной полигонализации: если степень нелинейности частоты полигонализации поперечного ускорения тележки превышает 0,1 или если степень нелинейности частоты охоты поперечного ускорения тележки превышает 0,1, поезд следует считать нездоровым.

Список литературы:

1. Блехман, И.И. Вибрации в технике. Том 2. Колебания нелинейных механических систем / И.И. Блехман. - М.: [не указано], 1979. - 496 c.